(Phys.org) —Il reste beaucoup à apprendre sur les frontières de la recherche sur l'énergie solaire, en particulier lorsqu'il s'agit de nouveaux matériaux avancés qui pourraient changer la façon dont nous exploitons l'énergie.

Sous la direction de la Chaire de recherche du Canada en science des matériaux avec rayonnement synchrotron, Dr Alexander Moewes, Le chercheur de l'Université de la Saskatchewan, Adrian Hunt, a passé son doctorat à étudier l'oxyde de graphène, un matériau de pointe qui, espère-t-il, façonnera l'avenir de la technologie.

Pour comprendre l'oxyde de graphène, il est préférable de commencer avec du graphène pur, qui est une feuille monocouche d'atomes de carbone dans un réseau en nid d'abeilles qui a été réalisé pour la première fois en 2004 par Andre Geim et Kostya Novoselov à l'Université de Manchester - une découverte qui a valu aux deux physiciens un prix Nobel en 2010.

"C'est incroyablement mince, il est donc incroyablement transparent. Il a également une conductivité extrêmement élevée, c'est bien mieux que le cuivre, et c'est extrêmement fort, sa résistance à la traction est encore plus forte que l'acier, " a déclaré Hunt.

"L'air ne l'endommage pas. Il ne peut pas se corroder, ça ne peut pas se dégrader. C'est vraiment stable."

Tout cela fait du graphène un excellent candidat pour les cellules solaires. En particulier, sa transparence et sa conductivité signifient qu'il résout deux problèmes des cellules solaires :d'abord, la lumière a besoin d'un bon conducteur pour être convertie en énergie utilisable; Deuxièmement, la cellule doit également être transparente pour que la lumière passe.

La plupart des cellules solaires sur le marché utilisent de l'oxyde d'indium et d'étain avec une couche protectrice en verre non conducteur pour répondre à leurs besoins.

"L'indium est extrêmement rare, c'est donc de plus en plus cher. C'est le facteur qui maintiendra les cellules solaires chères à l'avenir, alors que le graphène pourrait être très bon marché. Le carbone est abondant, " dit Hunt.

Bien que le graphène soit un excellent conducteur, il n'est pas très bon pour capter le courant électrique produit à l'intérieur de la cellule solaire, c'est pourquoi des chercheurs comme Hunt étudient des moyens de modifier le graphène pour le rendre plus utile.

oxyde de graphène, l'objet du travail de doctorat de Hunt, a de l'oxygène forcé dans le réseau de carbone, ce qui le rend beaucoup moins conducteur mais plus transparent et un meilleur collecteur de charges. Reste à savoir si cela résoudra ou non le problème des panneaux solaires, et les chercheurs dans le domaine renforcent leur compréhension du fonctionnement du nouveau matériau.

En utilisant des techniques de diffusion des rayons X sur les lignes de lumière REIXS et SGM à la source lumineuse canadienne, ainsi qu'une ligne de faisceau 8.0.1 à la source lumineuse avancée, Hunt a cherché à en savoir plus sur la façon dont les groupes d'oxydes attachés au réseau de graphène l'ont modifié, et comment en particulier ils interagissaient avec les atomes de graphène porteurs de charges.

"L'oxyde de graphène est assez chaotique. Vous n'obtenez pas une belle structure simple que vous pouvez modéliser très facilement, mais je voulais modéliser l'oxyde de graphène et comprendre l'interaction de ces parties."

Les modèles précédents avaient semblé simplistes à Hunt, et il voulait un modèle qui refléterait la véritable complexité de l'oxyde de graphène.

Chaque partie différente de l'oxyde de graphène a une signature électronique unique. En utilisant le synchrotron, Hunt pouvait mesurer où se trouvaient les électrons sur le graphène, et comment les différents groupes d'oxyde ont modifié cela.

Il a montré que les modèles précédents étaient incorrects, qui, espère-t-il, contribuera à améliorer la compréhension des effets de petits changements dans l'oxydation.

De plus, il a étudié comment l'oxyde de graphène se désintègre. Certains des groupes oxyde ne sont pas stables, et peuvent se regrouper pour déchirer le treillis; d'autres peuvent réagir pour faire de l'eau. Si l'appareil à l'oxyde de graphène contient de l'eau, et ça chauffe, l'eau peut en fait brûler l'oxyde de graphène et produire du dioxyde de carbone. C'est un écueil qu'il pourrait être important de comprendre dans le développement de cellules solaires durables, où le soleil pourrait fournir une chaleur risquée dans l'équation.

D'autres recherches comme celle-ci seront la clé pour exploiter le graphène pour l'énergie solaire, comme l'explique Hunt.

"Il y a cette chaîne compliquée d'interactions qui peut se produire avec le temps, et chacune de ces étapes doit être abordée et catégorisée avant que nous puissions faire de réels progrès."