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Universidad del Sur de California

Fotovoltaica orgánica grafeno, o, se footing 'camisetas algún día poder de sus teléfonos celulares?Un material flexible, para imprimir 4-o-menos-átomos de espesor puede ser un camino real a la energía eléctrica económica y conveniente del sol

IMAGEN: Un flujo de metano e hidrógeno depósitos de mezcla de gas de átomos de carbono como el grafeno sobre una placa de níquel. El grafeno más tarde se transfiere a continuación a una lámina de plástico, que es entonces ...

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Un equipo de la Universidad del Sur de California ha producido películas de átomos de carbono transparentes flexibles que los investigadores dicen que tiene un gran potencial para una nueva generación de células solares.

"Células (OPV) fotovoltaica orgánica se han propuesto como un medio para alcanzar la energía de bajo costo debido a su facilidad de fabricación, peso ligero, y la compatibilidad con sustratos flexibles", escribió Chongwu Zhou, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de USC Viterbi Ingeniería, en un artículo publicado recientemente en la journalACS Nano.

La técnica descrita en este artículo se describen los progresos hacia un nuevo diseño de la célula OPV que tiene ventajas significativas, sobre todo en el área de la flexibilidad física.

Un aspecto crítico de cualquier dispositivo foto-electrónica OPV es un electrodo conductor transparente a través del cual la luz se puede acoplar con materiales activos para crear electricidad. El nuevo trabajo indica que el grafeno, una forma altamente conductor y altamente transparente de carbono formado por átomos de espesor láminas de átomos de carbono, tiene un alto potencial para desempeñar este papel.

Si bien la existencia de grafeno se conoce desde hace décadas, sólo se ha estudiado ampliamente desde 2004 debido a la dificultad de fabricación en alta calidad y en cantidad.

El laboratorio de Zhou informó la producción a gran escala de películas de grafeno mediante deposición química de vapor, hace tres años. En este proceso, el equipo de ingeniería de la USC crea hojas de grafeno ultra-delgada depositando primero átomos de carbono en forma de películas de grafeno sobre una placa de níquel a partir del gas metano.

Luego se acostaron una capa protectora de plástico termo sobre la capa de grafeno, y luego disolver el níquel debajo en un baño de ácido. En el paso final que conceden el grafeno plástico-protegida a una lámina de polímero muy flexible, que luego se puede incorporar en una célula de la OPV. (Ver diagrama)

El equipo de la USC ha producido hojas de grafeno / polímero que varían en tamaños de hasta 150 centímetros cuadrados que a su vez se puede utilizar para crear matrices densas de células OPV flexibles.

Estos dispositivos OPV convierten la radiación solar en electricidad, pero no tan eficientemente como las células de silicio. La energía proporcionada por la luz del sol en un día soleado es de unos 1.000 vatios por metro cuadrado. "Por cada 1.000 vatios de luz solar que golpea una superficie de un metro cuadrado de la célula solar de silicio estándar, se generarán 14 vatios de electricidad", dice Lewis Gomez De Arco, un estudiante de doctorado y miembro del equipo que construyó las OPVs de grafeno . "Las células solares orgánicas son menos eficientes; su tasa de conversión para que los mismos mil vatios de luz solar en la célula solar basada en el grafeno sería sólo 1,3 vatios ".

Pero lo que las VPL grafeno carecen de la eficiencia, que pueden potencialmente más que hacer en el precio más bajo y, una mayor flexibilidad física. Gomez De Arco piensa que puede llegar a ser posible hacer funcionar las prensas de impresión que pone extensas áreas cubiertas con células solares de bajo costo, al igual que el periódico presiona los periódicos impresos.

"Podrían ser colgados como cortinas en las casas o incluso hechas en tela y ser usados ??como ropa de generación de energía. Puedo imaginar la gente encender su teléfono móvil o dispositivo de música / vídeo, salir a correr bajo el sol ", dijo.

Los investigadores de la USC dicen OPV grafeno sería importante avance en al menos un área crucial sobre un diseño OPV rival, uno basado en indio-estaño-óxido (ITO). En las pruebas del equipo de la USC, células ITO fallaron en un muy pequeño ángulo de flexión, mientras que las células basados ??en el grafeno se mantuvo operativa la flexión después de repetidas en ángulos de estrés mucho más grandes. Esto daría a las células solares de grafeno una ventaja decisiva en algunos usos, incluyendo las aplicaciones de impresión-a-tela propuestas por el equipo de la USC.

Zhou y los otros investigadores en el equipo de la USC - que incluía Yi Zhang, Cody W. Schlenker, Koungmin Ryu, y Mark E. Thompson, además de Gómez de Arco - están entusiasmados por el potencial de esta tecnología.

Su papel llega a la conclusión de que su enfoque constituye un avance significativo hacia la producción de electrodos conductores transparentes en las células solares. "Grafeno ECV reúne los criterios más importantes de la abundancia, de bajo costo, la conductividad, la estabilidad, el electrodo / compatibilidad película orgánica, y la flexibilidad que son necesarias para reemplazar ITO en la fotovoltaica orgánica, que puede tener importantes implicaciones para futuros dispositivos optoelectrónicos orgánicos."