Le Dr Marc Gluba et le professeur Dr Norbert Nickel du HZB Institute for Silicon Photovoltaics ont montré que le graphène conserve son impressionnant ensemble de propriétés lorsqu'il est recouvert d'un mince film de silicium. Ces découvertes ont ouvert la voie à des possibilités entièrement nouvelles à utiliser dans le photovoltaïque à couche mince.

Le graphène a une conductivité extrême et est complètement transparent tout en étant peu coûteux et non toxique. Cela en fait un matériau candidat parfait pour les couches de contact transparentes à utiliser dans les cellules solaires pour conduire l'électricité sans réduire la quantité de lumière entrante - du moins en théorie. Que cela soit vrai ou non dans un environnement réel est discutable car il n'y a pas de graphène "idéal" - un flottement libre, structure plate en nid d'abeilles constituée d'une seule couche d'atomes de carbone :les interactions avec les couches adjacentes peuvent modifier considérablement les propriétés du graphène.

"Nous avons examiné comment les propriétés conductrices du graphène changent s'il est incorporé dans un empilement de couches similaire à une cellule solaire à couche mince à base de silicium et avons été surpris de constater que ces propriétés changent en réalité très peu, " explique Marc Gluba. A cet effet, ils ont fait pousser du graphène sur une fine feuille de cuivre, ensuite transféré sur un substrat de verre, et enfin l'enrober d'une fine pellicule de silicium. Ils ont examiné deux versions différentes qui sont couramment utilisées dans les technologies conventionnelles à couche mince de silicium :un échantillon contenait une couche de silicium amorphe, dans lequel les atomes de silicium sont dans un état désordonné semblable à un verre fondu durci; l'autre échantillon contenait du silicium polycristallin pour les aider à observer les effets d'un processus de cristallisation standard sur les propriétés du graphène.

Même si la morphologie de la couche supérieure a complètement changé à la suite d'un chauffage à une température de plusieurs centaines de degrés C, le graphène est toujours détectable. "C'est quelque chose que nous ne nous attendions pas à trouver, mais nos résultats démontrent que le graphène reste du graphène même s'il est recouvert de silicium, " dit Norbert Nickel.

Leurs mesures de la mobilité des porteurs à l'aide de l'effet Hall ont montré que la mobilité des porteurs de charge au sein de la couche de graphène intégrée est environ 30 fois supérieure à celle des couches de contact conventionnelles à base d'oxyde de zinc. Dit Gluba :« Certes, cela a été un vrai défi de connecter cette fine couche de contact, qui n'a qu'une couche atomique d'épaisseur, à des contacts externes. Nous devons encore travailler là-dessus. » ajoute Nickel :« Nos collègues de la technologie des couches minces tendent déjà l'oreille et veulent l'intégrer. » Les chercheurs ont obtenu leurs mesures sur des échantillons d'un centimètre carré, bien qu'en pratique, il soit possible de recouvrir des zones beaucoup plus grandes que celles de graphène.

Ce travail a été récemment publié dans Lettres de physique appliquée Vol. 103, 073102 (2013).