(Phys.org) —C'è ancora molto da imparare sulle frontiere della ricerca sull'energia solare, in particolare quando si tratta di nuovi materiali avanzati che potrebbero cambiare il modo in cui utilizziamo l'energia.

Sotto la guida della Canada Research Chair in Materials Science with Synchrotron Radiation, Dott. Alexander Moewes, Il ricercatore dell'Università del Saskatchewan, Adrian Hunt, ha trascorso il suo dottorato di ricerca studiando l'ossido di grafene, un materiale all'avanguardia che spera possa plasmare il futuro della tecnologia.

Per capire l'ossido di grafene, è meglio iniziare con grafene puro, che è un foglio monostrato di atomi di carbonio in un reticolo a nido d'ape realizzato per la prima volta nel 2004 da Andre Geim e Kostya Novoselov all'Università di Manchester, una scoperta che è valsa ai due fisici un premio Nobel nel 2010.

"È incredibilmente sottile, quindi è incredibilmente trasparente. Ha anche una conduttività estremamente elevata, è molto meglio del rame, ed è estremamente forte, la sua resistenza alla trazione è persino più forte dell'acciaio, " disse Caccia.

"L'aria non lo danneggia. Non può corrodersi, non può degradarsi. È davvero stabile".

Tutto ciò rende il grafene un ottimo candidato per le celle solari. In particolare, la sua trasparenza e conducibilità fanno sì che risolva due problemi delle celle solari:primo, la luce ha bisogno di un buon conduttore per convertirsi in energia utilizzabile; in secondo luogo, la cella deve anche essere trasparente per far passare la luce.

La maggior parte delle celle solari sul mercato utilizza ossido di indio-stagno con uno strato protettivo di vetro non conduttivo per soddisfare le loro esigenze.

"L'indio è estremamente raro, quindi sta diventando sempre più costoso. È il fattore che manterrà le celle solari costose in futuro, mentre il grafene potrebbe essere molto economico. Il carbonio è abbondante, " disse Caccia.

Sebbene il grafene sia un ottimo conduttore, non è molto bravo a raccogliere la corrente elettrica prodotta all'interno della cella solare, ecco perché ricercatori come Hunt stanno studiando modi per modificare il grafene per renderlo più utile.

ossido di grafene, il fulcro del lavoro di dottorato di Hunt, ha l'ossigeno forzato nel reticolo di carbonio, il che lo rende molto meno conduttivo ma più trasparente e un migliore collettore di carica. Se risolverà o meno il problema del pannello solare è ancora da vedere, e i ricercatori nel campo stanno sviluppando la loro comprensione di come funziona il nuovo materiale.

Utilizzando tecniche di diffusione dei raggi X presso le linee di luce REIXS e SGM presso la Canadian Light Source, così come una Beamline 8.0.1 presso l'Advanced Light Source, Hunt ha deciso di saperne di più su come i gruppi di ossido attaccati al reticolo di grafene lo hanno cambiato, e come in particolare hanno interagito con atomi di grafene portatori di carica.

"L'ossido di grafene è abbastanza caotico. Non ottieni una struttura semplice e carina che puoi modellare molto facilmente, ma volevo modellare l'ossido di grafene e capire l'interazione di queste parti".

I modelli precedenti erano sembrati semplicistici a Hunt, e voleva un modello che riflettesse la vera complessità dell'ossido di grafene.

Ogni parte diversa dell'ossido di grafene ha una firma elettronica unica. Usando il sincrotrone, Hunt poteva misurare dove si trovavano gli elettroni sul grafene, e come i diversi gruppi di ossido lo hanno modificato.

Dimostrò che i modelli precedenti non erano corretti, che spera contribuirà a migliorare la comprensione degli effetti di piccoli cambiamenti nell'ossidazione.

Inoltre, ha studiato come decade l'ossido di grafene. Alcuni dei gruppi ossido non sono stabili, e possono raggrupparsi per strappare il reticolo; altri possono reagire per produrre acqua. Se il dispositivo all'ossido di grafene contiene acqua, ed è riscaldato, l'acqua può effettivamente bruciare l'ossido di grafene e produrre anidride carbonica. È una trappola che potrebbe essere importante comprendere nello sviluppo di celle solari di lunga durata, dove il sole potrebbe fornire calore rischioso nell'equazione.

Ulteriori ricerche come questa saranno la chiave per sfruttare il grafene per l'energia solare, come spiega Hunt.

"C'è questa complicata catena di interazioni che può accadere nel tempo, e ognuno di questi passaggi deve essere affrontato e classificato prima di poter fare progressi reali".