Grafene, un foglio di carbonio dello spessore di un atomo che è estremamente forte e conduce bene l'elettricità, è il materiale più sottile mai realizzato. I ricercatori ritengono che potrebbe essere utilizzato come elettrodo trasparente nelle celle fotovoltaiche, sostituendo uno strato di ossido di indio stagno (ITO) che è fragile e diventa sempre più costoso.

Wee Shing Koh dell'A*STAR Institute of High Performance Computing di Singapore e colleghi hanno confrontato questi due materiali. Hanno scoperto che il grafene supera l'ITO se utilizzato con celle solari che assorbono un ampio spettro di luce.

Le lunghezze d'onda della luce solare hanno una gamma di intensità e forniscono quantità variabili di energia. Per massimizzare le prestazioni di un dispositivo fotovoltaico, il suo elettrodo trasparente dovrebbe avere una bassa resistenza elettrica, trasmettendo anche la luce delle giuste lunghezze d'onda che le cellule possono assorbire.

Fogli quadrati di grafene prodotti dall'odierna tecnologia di deposizione chimica da vapore hanno una resistenza elettrica circa quattro volte quella di un tipico strato di ITO spesso 100 nanometri. Sebbene l'aggiunta di più strati di grafene ne riduca la resistenza, blocca anche più luce. Koh e i suoi collaboratori hanno calcolato che quattro strati di grafene impilati insieme avevano le migliori possibilità di eguagliare le prestazioni di ITO.

Il grafene ha un vantaggio chiave rispetto all'ITO:consente a più del 97% della luce di passare attraverso la cella solare sottostante, indipendentemente dalla sua lunghezza d'onda. In contrasto, ITO tende a bloccare determinate lunghezze d'onda più di altre. Il grafene a quattro strati è leggermente più trasparente alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso rispetto a ITO, Per esempio.

Koh e collaboratori hanno stimato come ogni materiale influirebbe su una cella solare organica flessibile che assorbe la luce con lunghezze d'onda da 350 a 650 nanometri. Hanno scoperto che quattro strati di grafene forniscono solo il 92,3% della potenza di un elettrodo ITO equivalente. Se abbinato a un altro dispositivo fotovoltaico organico che opera da 350 a 750 nanometri, rendendolo così più efficace nell'assorbire la luce del vicino infrarosso, il grafene ha quasi eguagliato le capacità di ITO.

I ricercatori hanno concluso che il grafene sarebbe ideale per le celle fotovoltaiche con un intervallo di assorbimento molto ampio, come una cella solare organica di recente sviluppo che può raccogliere luce da 350 a 850 nanometri.

"Con il perfezionamento nel processo di produzione del grafene, sarebbe possibile che la resistenza del foglio di grafene fosse un ordine di grandezza inferiore allo stato attuale dell'arte, " dice Koh. Ciò consentirebbe solo a uno o due fogli di grafene di battere ITO sia sulla conduttività che sulla trasparenza, rendendo gli elettrodi trasparenti di grafene molto più ampiamente applicabili.