(Phys.org) —Er valt nog veel te leren over de grenzen van onderzoek naar zonne-energie, vooral als het gaat om nieuwe geavanceerde materialen die de manier waarop we energie gebruiken kunnen veranderen.

Onder leiding van de Canada Research Chair in Materials Science met Synchrotron Radiation, Dr. Alexander Moewes, Adrian Hunt, onderzoeker van de Universiteit van Saskatchewan, bracht zijn doctoraat door met het onderzoeken van grafeenoxide, een geavanceerd materiaal waarvan hij hoopt dat het de toekomst van technologie zal vormgeven.

Om grafeenoxide te begrijpen, het is het beste om te beginnen met puur grafeen, dat is een enkellaags vel koolstofatomen in een honingraatrooster dat voor het eerst werd gemaakt in 2004 door Andre Geim en Kostya Novoselov aan de Universiteit van Manchester - een ontdekking die de twee natuurkundigen in 2010 een Nobelprijs opleverde.

"Het is ongelooflijk dun, daarom is het ongelooflijk transparant. Het heeft ook een extreem hoge geleidbaarheid, het is veel beter dan koper, en het is extreem sterk, zijn treksterkte is zelfs sterker dan staal, ' zei Hunt.

"Lucht beschadigt het niet. Het kan niet corroderen, het kan niet degraderen. Het is echt stabiel."

Dit alles maakt grafeen een geweldige kandidaat voor zonnecellen. Vooral, zijn transparantie en geleidbaarheid betekenen dat het twee problemen van zonnecellen oplost:ten eerste, licht heeft een goede geleider nodig om omgezet te worden in bruikbare energie; ten tweede, de cel moet ook transparant zijn om licht door te laten.

De meeste zonnecellen op de markt gebruiken indiumtinoxide met een niet-geleidende glazen beschermlaag om aan hun behoeften te voldoen.

"Indium is uiterst zeldzaam, dus het wordt steeds duurder. Het is de factor die zonnecellen in de toekomst duur zal houden, terwijl grafeen erg goedkoop zou kunnen zijn. Koolstof is overvloedig, ' zei Hunt.

Hoewel grafeen een geweldige geleider is, het is niet erg goed in het opvangen van de elektrische stroom die in de zonnecel wordt geproduceerd, daarom onderzoeken onderzoekers zoals Hunt manieren om grafeen aan te passen om het bruikbaarder te maken.

grafeen oxide, de focus van Hunt's promotiewerk, heeft zuurstof gedwongen in het koolstofrooster, waardoor het veel minder geleidend maar transparanter is en een betere ladingscollector. Of het het probleem van de zonnepanelen zal oplossen, moet nog blijken, en onderzoekers in het veld bouwen hun begrip op van hoe het nieuwe materiaal werkt.

Met behulp van röntgenverstrooiingstechnieken bij de REIXS- en SGM-bundellijnen bij de Canadese lichtbron, evenals een Beamline 8.0.1 bij de geavanceerde lichtbron, Hunt ging op zoek naar meer informatie over hoe oxidegroepen die aan het grafeenrooster waren gehecht, het veranderden, en hoe ze in het bijzonder interageerden met ladingdragende grafeenatomen.

"Grafeenoxide is nogal chaotisch. Je krijgt geen mooie eenvoudige structuur die je heel gemakkelijk kunt modelleren, maar ik wilde grafeenoxide modelleren en het samenspel van deze onderdelen begrijpen."

Eerdere modellen hadden Hunt simplistisch geleken, en hij wilde een model dat de ware complexiteit van grafeenoxide zou weerspiegelen.

Elk ander deel van het grafeenoxide heeft een unieke elektronische handtekening. Met behulp van de synchrotron, Hunt kon meten waar elektronen op het grafeen zaten, en hoe de verschillende oxidegroepen dat veranderden.

Hij toonde aan dat eerdere modellen niet klopten, waarvan hij hoopt dat het het begrip van de effecten van kleine verschuivingen in oxidatie zal helpen verbeteren.

Bovendien, hij bestudeerde hoe grafeenoxide vervalt. Sommige oxidegroepen zijn niet stabiel, en kunnen zich groeperen om het rooster te scheuren; anderen kunnen reageren om water te maken. Als het grafeenoxide-apparaat water bevat, en het is opgewarmd, het water kan het grafeenoxide daadwerkelijk verbranden en koolstofdioxide produceren. Het is een valkuil die belangrijk kan zijn om te begrijpen bij de ontwikkeling van duurzame zonnecellen, waar de zon riskante warmte in de vergelijking zou kunnen brengen.

Meer onderzoek zoals dit zal de sleutel zijn om grafeen te gebruiken voor zonne-energie, zoals Hunt uitlegt.

"Er is een gecompliceerde keten van interacties die in de loop van de tijd kan plaatsvinden, en elk van die stappen moet worden aangepakt en gecategoriseerd voordat we echte vooruitgang kunnen boeken."