grafeen, een één atoom dikke laag koolstof die extreem sterk is en elektriciteit goed geleidt, is het dunste materiaal ooit gemaakt. Onderzoekers geloven dat het kan worden gebruikt als een transparante elektrode in fotovoltaïsche cellen, ter vervanging van een laag indiumtinoxide (ITO) die broos en steeds duurder wordt.

Wee Shing Koh van het A*STAR Institute of High Performance Computing in Singapore en collega's hebben deze twee materialen vergeleken. Ze ontdekten dat grafeen beter presteert dan ITO wanneer het wordt gebruikt met zonnecellen die een breed spectrum aan licht absorberen.

De golflengten van het licht van de zon hebben verschillende intensiteiten en leveren verschillende hoeveelheden energie. Om de prestaties van een fotovoltaïsch apparaat te maximaliseren, de transparante elektrode moet een lage elektrische weerstand hebben, terwijl het ook licht van de juiste golflengten doorlaat om door de cellen te worden geabsorbeerd.

Vierkante vellen grafeen geproduceerd door de huidige chemische dampafzettingstechnologie hebben een elektrische weerstand die ongeveer vier keer zo groot is als die van een typische 100 nanometer dikke laag ITO. Hoewel het toevoegen van meer lagen grafeen de weerstand vermindert, het blokkeert ook meer licht. Koh en zijn collega's berekenden dat vier op elkaar gestapelde lagen grafeen de beste kans hadden om de prestaties van ITO te evenaren.

Grafeen heeft één belangrijk voordeel ten opzichte van ITO:het laat meer dan 97% van het licht door naar de onderliggende zonnecel, ongeacht de golflengte. In tegenstelling tot, ITO heeft de neiging bepaalde golflengten meer te blokkeren dan andere. Vierlaags grafeen is iets transparanter bij nabij-infrarode golflengten dan ITO, bijvoorbeeld.

Koh en collega's schatten hoe elk materiaal een flexibele organische zonnecel zou beïnvloeden die licht absorbeert met golflengten van 350 tot 650 nanometer. Ze ontdekten dat vier lagen grafeen slechts 92,3% van het vermogen van een equivalente ITO-elektrode leverden. In combinatie met een ander organisch fotovoltaïsch apparaat dat werkt van 350 tot 750 nanometer, waardoor het effectiever wordt in het absorberen van nabij-infrarood licht, grafeen kwam bijna overeen met de mogelijkheden van ITO.

De onderzoekers concludeerden dat grafeen bij uitstek geschikt zou zijn voor fotovoltaïsche cellen met een zeer breed absorptiebereik, zoals een recent ontwikkelde organische zonnecel die licht kan opvangen van 350 tot 850 nanometer.

"Met de verfijning in het productieproces van grafeen, het zou mogelijk zijn dat de plaatweerstand van grafeen een orde van grootte lager zou zijn dan de huidige stand van de techniek, ", zegt Koh. Hierdoor zouden slechts een of twee vellen grafeen ITO kunnen verslaan op zowel geleidbaarheid als transparantie, grafeen transparante elektroden veel breder toepasbaar maken.