Grafen forstærker lysets kraft
Får du grafen til at absorbere én eneste lyspartikel, kan du få mange elektroner retur. Forskerne bag undersøgelsen mener, at fundet har stort potentiale til radikalt at kunne ændre en lang række teknologier.

Grafen er det nye vidundermateriale, og der bliver forsket i mere effektiv udnyttelse af solenergi ved brug af netop grafen. (Foto: Colourbox)

Grafen er det nye vidundermateriale, og der bliver forsket i mere effektiv udnyttelse af solenergi ved brug af netop grafen. (Foto: Colourbox)

Grafen, fysikkens superstjerne, er lidt som ham drengen fra klassen, som er god til det hele; pæn, morsom og charmerende, og cirka en gang om ugen kommer der nye rapporter om stoffets mange brugsområder og egenskaber.

Årsagerne til materialets popularitet er mange. Stoffet er superstærkt, nemt at fremstille og er blevet spået til at kunne revolutionere alt fra computerelektronik til vedvarende energi.

Et af materialets mange spændende brugsområder er som komponent i lyssamlende teknologi som solcellepaneler.

forskning.no (og Videnskab.dk, red.) har tidligere skrevet om den norskudviklede teknologi, hvor graphen bliver brugt som komponent i udviklingen af halvledere til blandt andet solceller.

Læs også: Graphen-svipser kan kickstarte energirevolution

Nu tyder ny forskning på, at grafen i fremtiden kan udvikles til at omdanne lys til energi af sig selv.

Grafen multiplicerer lysenergi

En international forskningsgruppe har for nylig opdaget, at grafen har evnen til at omdanne en enkelt lyspartikel, eller foton, til flere elektroner, som leder elektrisk strøm.

»I de fleste materialer vil en absorberet foton generere en elektron. Men når det kommer til grafen ser vi, at en absorberet foton er i stand til at frigøre mange elektroner og derfor en større mængde elektrisk strøm,« forklarer Frank Koppens, gruppeleder ved Institute of Photonic Science ved Polutechnic University of Catalonia.

Forskerne sendte et kendt antal fotoner med forskellige farver, eller forskellige energier, på ét enkelt lag med grafen.

Lyspartiklerne med høj energi, for eksempel violet, blev omdannet til et større antal elektroner end fotoner med lavere energi såsom infrarød, fortæller Klaas-Jan Tielrooji, en af forskerne bag forskningen.

Adskiller sig markant fra andre ledere

Model af grafenflager med kulstofatomer i et hønsenetmønster. (Figur: AlexanderA|US)

Helge Weman, professor i nanoelektronik ved NTNU, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet i Trondheim, synes, at opdagelsen er meget interessant.

Han leder forskningsgruppen, som har udviklet et solcellemateriale af galliumarsenid ved hjælp af grafen.

»Det, som er interessant ved dette fund, er, at når en foton absorberes i grafen skabes flere elektroner samtidig, og jo højere energi fotonen har, desto flere elektroner skabes der. Dette adskiller sig fundamentalt fra, hvordan elektroner skabes i en halvleder, som for eksempel silicium, hvor én foton skaber én eller ingen elektroner.«

Har lav evne til at absorbere lys

Et stort problem med brug af grafen som solcellemateriale er, at det har en lav evne til at absorbere lys.

Det betyder, at selvom materialet er meget effektivt til at omdanne lys til energi, når det først absorberer lyspartikler, opfanger det for få fotoner til, at det er effektivt nok til at slå allerede etablerede halvledere, som bruges i solcelleteknologi, ud.

»Grafen har en forholdsvis dårlig absorptionsevne, fordi det kun består af et eneste lag med kulstofatomer og absorberer 2,3 procent af lyset. Men i forhold til, at det er så tyndt, så er det egentlig en ganske høj absorption,« siger Helge Weman.

Et stykke vej igen

Helge Weman peger på, at forskerne i det nye studie ikke viser, hvordan disse ekstra elektroner leder til en effektiv foto-voltaisk effekt, eller omdannelse af lys til strøm, og forskerne indrømmer selv, at der er et stykke vej igen, indtil opdagelsen vil kunne anvendes direkte i teknologi.

Alligevel mener forskerne bag undersøgelsen, at fundet har et stort potentiale til radikalt at kunne ændre teknologier, som nu er baseret på halvledere.

»Vores næste udfordring bliver at finde måder til at udvinde den elektriske strøm og forbedre grafens absorptionsevne. Så vil vi kunne designe enheder, som genererer meget effektiv solkraft,« afslutter Fransk Koppens.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcasts herunder. Du kan også findes os i din podcast-app under navnet 'Videnskab.dk Podcast'.

Videnskabsbilleder

Se de flotteste forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om det betagende billede af nordlys taget over Limfjorden her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk