Posted: June 25, 2009 |
Durchsichtige Graphen-Elektroden - ein Fenster f�r die Sonnenenergie |
(Nanowerk News) Im Prinzip reicht es, mit einem Graphitstift auf Papier zu kritzeln. Das
bringt schon stapelweise Graphen aufs Papier, einzelne Schichten von
Kohlenstoffatomen, die in einer wabenartigen Gitterstruktur angeordnet
sind. Graphen, ein zweidimensionaler Kristall, leitet Elektrizität und damit
Wärme erstaunlich gut und gilt deshalb als vielversprechendes Material für
immer kleiner werdende Elektronikkomponenten und für die
Optoelektronik, die Information mit einer Kombination der herkömmlichen
Elektronik und Licht verarbeitet.
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Kein Wunder, dass Wissenschaftler weltweit an Methoden zur
Graphenherstellung arbeiten. Kritzeln mit Graphitstiften bringt sie jedoch nicht
weiter: Dieses Verfahren können sie nicht gut genug kontrollieren, und die
entstehenden Graphenschichten sind zu dick. Wissenschaftler um Klaus Müllen,
Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, haben daher
andere Methoden patentiert, unter anderem das Pyrolyse-Verfahren. Hierbei
erwärmen die Wissenschaftler auf einer Trägerschicht aus Glas Moleküle, die in
ihrem Kern bereits kleine Graphenscheiben enthalten, zusätzlich aber noch Arme
aus Kohlenwasserstoffketten tragen. Diese Moleküle verschmelzen in der Hitze
zu einem durchsichtigen Film aus Kohlenstoff.
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"Wir können diese Filme mittlerweile unter zehn Nanometer dick machen, das
sind 30 Atomschichten. Und sie sind atomar glatt", sagt Müllen. Das so erzeugte
Graphen könnte in Zukunft als Ersatz für Indiumzinnoxid zum Einsatz kommen.
Indiumzinnoxid dient in Solarzellen als durchsichtige Elektrode, an der der
erzeugte Strom, vergleichbar mit dem elektrischen Pol einer Batterie, abgegriffen
wird.
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"Indiumzinnoxid hat zwar die ideale Kombination aus elektrischer
Leitfähigkeit und Transparenz, die man für Fensterelektroden in Solarzellen
braucht", so Müllen. Aber es habe auch Nachteile: Da der Rohstoff Indium
begrenzt sei, werde das heute übliche Material immer teurer, zudem weise der
Stoff eine gewisse Oberflächenrauhigkeit auf.
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"Unser Graphen ist glatt; das verhindert hohe lokale elektrische Felder, die den
elektrischen Ladungstransport an der Oberfläche behindern", erklärt der Max-
Planck-Wissenschaftler. Und Graphen könnte Solarzellen auch effizienter
machen. Anders als das hergebrachte Indiumzinnoxid ist es auch für einen
bestimmten Anteil des infraroten Sonnenlichts durchsichtig, das etwa die Hälfte
der Sonneneinstrahlung auf der Erde ausmacht. Ihre Vorteile haben die
Fensterelektroden aus Graphen auch schon am Objekt ausgespielt. Zu Testzwecken haben die Mainzer Forscher damit nämlich bereits erste Solarzellen gebaut.
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