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, 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 podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.