Graphen für Solarzellen

Unter den Nanomaterialien ist Graphen spätestens seit dem Physik-Nobelpreis von 2010 der neue Star. Die Kohlenstoffverbindung, die die russisch-britischen Physiker Konstantin Novoselov und Andrei Geim sechs Jahre zuvor beschrieben hatten, hat erstaunliche elektronische Eigenschaften. Aus diesen Schichten lassen sich nicht nur hauchdünne Transistoren oder Sensoren herstellen, sie könnten auch schon bald als Material für besonders effiziente Solarzellen dienen.

In konventionellen Halbleitern wie Silizium oder Galliumarsenid entsteht für jedes absorbierte Photon ein frei bewegliches Elektron. Allerdings nimmt dies nur einen Teil der Energie des Photons auf, der Rest heizt als Wärmeenergie das Kristallgitter des Halbleiters auf. Anders ist es beim Graphen, berichtet Technology Review in seiner Online-Ausgabe: Wie eine Gruppe am Instituto des Ciencias de Fotónicas (ICFO) in Barcelona zeigen konnte, ist es möglich, pro einfallendem Photon in der Wabenstruktur der Kohlenstoffatome mehrere Elektronen in Bewegung zu setzen. Bislang wurde dies aufgrund theoretischer Arbeiten vermutet, sagt Frank Koppens vom ICFO. Die Arbeit seiner Gruppe stelle nun den ersten experimentellen Nachweis dieser Eigenschaften dar.

Hierzu bestrahlten die Physiker eine Graphenschicht mit einem ultrakurzen Laserpuls genau definierter Energie. Der setzte Elektronen in Bewegung, die mit einem zweiten Laserpuls gezählt wurden. Ihre Arbeit haben die Forscher im Journal Nature Physics veröffentlicht. Unterstützt wurde die Gruppe aus Barcelona von den MIT-Physikern Leonid Levitov und Justin Chien Wen Song, die die Messdaten mithilfe theoretischer Modelle auswerteten. Koppens sieht die ersten Anwendungen allerdings nicht in der Photovoltaik, sondern in bildgebenden Verfahren. Er sei "einigermaßen zuversichtlich", sagt Koppens, dass sich mit der Entdeckung etwa Nachtsichtgeräte oder medizinische Fotosensoren verbessern ließen.

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(bsc)