Il Dr. Marc Gluba e il Professor Dr. Norbert Nickel dell'HZB Institute for Silicon Photovoltaics hanno dimostrato che il grafene conserva la sua impressionante serie di proprietà quando è rivestito con un sottile film di silicio. Questi risultati hanno aperto la strada a possibilità completamente nuove da utilizzare nel fotovoltaico a film sottile.

Il grafene ha un'estrema conduttività ed è completamente trasparente pur essendo economico e non tossico. Ciò lo rende un materiale candidato perfetto per strati di contatto trasparenti da utilizzare nelle celle solari per condurre l'elettricità senza ridurre la quantità di luce in entrata, almeno in teoria. Se questo sia vero o meno in un ambiente reale è discutibile in quanto non esiste una cosa come il grafene "ideale" - un galleggiante libero, struttura piatta a nido d'ape costituita da un singolo strato di atomi di carbonio:le interazioni con gli strati adiacenti possono modificare drasticamente le proprietà del grafene.

"Abbiamo esaminato come cambiano le proprietà conduttive del grafene se viene incorporato in una pila di strati simili a una cella solare a film sottile a base di silicio e siamo rimasti sorpresi nello scoprire che queste proprietà cambiano in realtà molto poco, " spiega Marc Gluba. A tal fine, facevano crescere il grafene su un sottile foglio di rame, poi trasferito su un substrato di vetro, e infine rivestito con un sottile film di silicone. Hanno esaminato due diverse versioni comunemente utilizzate nelle tecnologie convenzionali a film sottile di silicio:un campione conteneva uno strato di silicio amorfo, in cui gli atomi di silicio sono in uno stato disordinato simile a un vetro fuso indurito; l'altro campione conteneva silicio policristallino per aiutarli a osservare gli effetti di un processo di cristallizzazione standard sulle proprietà del grafene.

Anche se la morfologia dello strato superiore è cambiata completamente a causa del riscaldamento a una temperatura di diverse centinaia di gradi C, il grafene è ancora rilevabile. "È qualcosa che non ci aspettavamo di trovare, ma i nostri risultati dimostrano che il grafene rimane grafene anche se è rivestito di silicio, "dice Norbert Nickel.

Le loro misurazioni della mobilità dei portatori utilizzando l'effetto Hall hanno mostrato che la mobilità dei portatori di carica all'interno dello strato di grafene incorporato è circa 30 volte maggiore di quella degli strati di contatto convenzionali a base di ossido di zinco. Dice Gluba:"Certo, è stata una vera sfida collegare questo sottile strato di contatto, che è spesso solo uno strato atomico, a contatti esterni. Dobbiamo ancora lavorarci su." Aggiunge Nickel:"I nostri colleghi della tecnologia del film sottile stanno già drizzando le orecchie e vogliono incorporarlo." I ricercatori hanno ottenuto le loro misurazioni su campioni di un centimetro quadrato, anche se in pratica è possibile rivestire aree molto più grandi di quella con il grafene.

Questo lavoro è stato recentemente pubblicato in Lettere di fisica applicata vol. 103, 073102 (2013).