Открытие приближает электронику на основе графена к массовому производству

Мы слышали много о чудесных свойствах графена, но супер материал до сих пор не нашел свой путь к коммерческим продуктам, потому что он слишком деликатный для реальных условий.

Теперь открытие ученых из Национальной лаборатории Брукхэвен (BNL) обнаружило, что размещение графена на верху стекла промышленного класса является дешевым и эффективным способом, что делает его упругим и перестраиваемым, проложив путь для производства электроники на основе графена в большом масштабе.

Одна из причин успеха кремниевой в полупроводниковой промышленности является в том, что их легко дорабатывать с помощью процесса, известного как «допинг».

Это включает в себя добавление крошечных концентраций (от нескольких частей на миллиард) положительно или отрицательно заряженных примесей, которые улучшают электрические свойства кремния. Допинг является отличным инструментом, чтобы подобрать полупроводник с определенным приложением, даже если это тонкий и дорогостоящий процесс, который добавляет сложности материалу и может уменьшить срок его службы.

Графен имеет отличные электрические, тепловые и механические свойства, которые делают его лучше кремния во многих областях. Тем не менее, легирование графена оказывается очень трудной задачей, и материал ухудшается после нескольких недель воздействия в окружающей среде.

К счастью, исследователи BNL Мэтью Айземен и его коллеги, работая над солнечным элементом на основе графена, наткнулись на дешевое, эффективное и долгосрочное решение, которое может проложить путь к батареям, суперконденсаторам и солнечным панелям, которые извлекут еще неиспользованные мощности графена.

Ученые построили солнечную батарею, поместив графен в верхней части высокоэффективного полупроводника меди-галлия-индия-диселенида (CIGS), который в свою очередь накладывается на натриево-кальциевое стекло (SLG), то же стекло промышленного класса, используемое для окон и бутылок. Когда исследователи измерили базовые характеристики батареи, прежде чем приступить к легированию графена, они обнаружили, к своему удивлению, что графен уже легирован к идеальному уровню.

Как они позже обнаружили, это было потому, что ионы натрия в стекле спонтанно передались в полупроводник CIGS от поверхностного контакта, а оттуда в графен, создавая концентрацию примесей, которые нужны для легирования графена.

Важно отметить, что этот метод не требует высокой температуры, химических или вакуумных процессов, и легирование оставалось сильным даже когда батарея подвергалась воздействию воздуха в течение нескольких недель. Более того, тот же метод может быть применен и к комбинациям других полупроводников, где концентрация легирующих примесей, достигающих графена, может быть доработана путем вставки изолирующего слоя нужной толщины.

"Мы считаем, что эта работа может существенно содействовать развитию масштабируемых технологий графена", - сказал Айземан.

Следующим шагом для исследователей будет демонстрация контроля над концентрацией легирования и дальнейшее изучение долговечности графена в реальных приложениях.
Возможная электроника для основе графена включает лучшие солнечные батареи, органические светодиоды, батарейки и суперконденсаторы, а также более быстрые микрочипы, которые работают на очень маленькой мощности.