کشف تصادفی که لوازم الکترونیکی گرافنی را به واقعیت نزدیک می‌کند

گرافن با وجود خواص بسیار نویدبخشی که در حوزه‌های مختلف دارد هنوز نتوانسته راه خود را به محصولات تجاری باز کند اما در کشفی تصادفی، دانشمندان آزمایشگاه ملی بروک‌هاون دریافتند که قرار دادن گرافن بر روی شیشه رایج صنعتی، یک روش ارزان و مؤثر در انعطاف‌پذیر کردن آن است که راه را برای تولید عمده دستگاه‌های الکترونیکی مبتنی بر گرافن هموار خواهد کرد.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، یکی از دلایل موفقیت سیلیکون در صنعت نیمه‌رسانا این است که براحتی از طریق فرآیندی موسوم به ناخالص سازی براحتی تنظیم می‌شود. این امر شامل افزودن تراکم‌های کوچکی از ناخالصی‌هایی با بار منفی یا مثبت است که خواص الکتریکی سیلیکون را ارتقا می‌بخشد.

ناخالص سازی یک ابزار عالی برای سازگار کردن یک نیمه‌رسانا به یک کاربرد خاص است، اما این فرآیند بسیار ظریف و پرهزینه بوده و به پیچیدگی ماده می‌افزاید و می‌تواند عمر آن را نیز کاهش دهد.

گرافن دارای خواص الکتریکی، حرارتی و مکانیکی بسیار عالی است که در بسیاری از حوزه‌ها از نقاط قوت بیشتری نسبت به سیلیکون برخوردار است اما ناخالص‌سازی گرافن بسیار مشکل است و این ماده که تنها یک اتم ضخامت دارد پس از چند هفته قرار گرفتن در معرض محیط تجزیه می‌شود.

محققان آزمایشگاه ملی بروک‌هاون در زمان کار بر روی سلول‌های خورشیدی مبتنی بر گرافن، توانستند یک راه‌حل ارزان، موثر و با دوام را کشف کنند که می‌تواند راه را برای تولید انبوه باتری‌ها، ابرخازن‌ها و پنل‌های خورشیدی مبتنی بر گرافن هموار کند.

آن‌ها با قرار دادن گرافن بر روی نیمه‌رسانایی با عملکرد بالای سلنید ایندیوم گالیوم مس (CIGS) که روی شیشه آهن سوددار(شیشه مورد مصرف برای بطری‌ها و پنجره‌ها) قرار داشت، یک سلول خورشیدی ساختند. زمانی که محققان عملکرد پایه سلول را پیش از ناخالص سازی گرافن اندازه‌گیری کردند، با نهایت تعجب دریافتند که گرافن در حد ایده‌آل ناخالص سازی شده بود.

آن‌ها بعدها کشف کردند که این امر به دلیل انتقال خودبخود یون‌های سدیم درون شیشه به نیمه‌رسانای CIGS در اثر ارتباط سطحی و از آن جا به گرافن صورت گرفته که منجر به ایجاد تمرکزی از ناخالصی شده و گرافن را در غلظت مناسب ناخالص کرده است.

این روش همچنین به دمای بالا یا فرآیندهای شیمیایی و خلاء نیاز نداشته و ناخالص سازی حتی زمانی که سلول برای چند هفته در معرض هوا قرار داشت، پرقدرت باقی ماند.

این روش را می‌توان به ترکیبی از نیمه‌رساناها و زیرلایه‌هایی بجز CIGS و شیشه اعمال کرد که در آن‌ها می‌توان تمرکز ناخالص‌هایی را که به گرافن می‌رسند با قرار دادن یک لایه عایق با ضخامت مناسب تنظیم کرد.

گام بعدی محققان،‌ نمایش کنترل بر روی تمرکز ناخالص‌سازی و بررسی بیشتر دوام گرافن درمان شده در شرایط واقعی خواهد بود.

این یافته‌ها در مجله Nature Scientific Reports منتشر شده است.

انتهای پیام