Золотая «расческа» поможет создать из графена солнечные батареи
Золотая «расческа» на поверхности графена превращает его из фактически прозрачной пленки в малопроницаемую для света ловушку, которая преобразует его энергию в электрический ток – это открывает дорогу для графеновых солнечных батарей, и экономичной и стремительной оптоволоконной связи, считают английские физики, чья статья размещена в издании Nature Communications.
Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой химическими связями, напоминающих по геометрии структуру пчелиных сот. За изучение особенностей графена выходцам из России Константину Андрею и Новоселову Гейму была присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике. Материал возможно использован для высокоэффективных солнечных оптических каналов и батарей передачи информации, но этому мешает то, что графен прозрачен для света и поглощает только 3% световой энергии.
Несколько английских физиков из Манчестерского университета под управлением Новоселова перевоплотила графен в «ловушку» для света, разместив на его поверхности маленькие «ленты» из титана и золота шириной в пара нанометров, что повысило непрозрачность графена приблизительно в 20 раз!
Эффективность поглощения света зависела от расположения и формы железных пластинок. Как отмечают исследователи, оптимальнее себя показали структуры, напоминающие очертаниями «расческу», зубцы которой расположены приблизительно в 100 нанометрах друг от друга, а их протяженность составляла 300 нанометров. Такая «расческа» делала графеновую пленку фактически непрозрачной для видимого света: поглощалось более 60% излучения.
Как поясняют авторы статьи, столь сильный рост непрозрачности графена разъясняется тем, что на полосах металлов при встрече с фотонами появляются так именуемые поверхностные плазмоны – коллективные колебания электронов, талантливые поглощать и испускать энергию в виде световых волн.
«Нам показалось, что графен и плазмоновые наноструктуры смогут взаимно дополнять друг друга. Не смотря на то, что мы ожидали, что плазмоны улучшат эффективность графеновых фотоэлементов, таковой потрясающий итог стал для нас приятным сюрпризом», – заявил один из участников группы Александр Григоренко.
его коллеги и Новоселов удостоверились в надежности работу собственной световой «ловушки», облучая ее светом лазера и замеряя уровень тока, что оказался при сотрудничестве плазмонов и графена.
Как отмечается в статье, проводимость этого материала была приблизительно в 3,5 раза выше, чем у кремния – базы современных солнечных оптических устройств и батарей передачи информации.
По оценкам ученых, их ловушка оптимальнее поглощает свет с длиной волны, приближающейся к 514 нанометрам – пику солнечного излучения.
Физики считают, что такие «расчески» возможно применять не только для «простого» производства электричества, но и для экономичных и высокопроизводительных преобразователей света в электричество для совокупностей оптической связи.