中國粉體網訊 美國紐約州布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory;BNL)的科學家們發(fā)現一種更有效的摻雜機制,有助于在普通玻璃上直接生長石墨烯薄層。
石墨烯是一種具有高遷移率的碳原子單層,科學家們已經針對微電子與光電組件開發(fā)出一種可擴展且低成本的工藝。石墨烯具有高導電性與透明度,使其成為透明導電電極的理想替代方案,可在太陽能電池、有機發(fā)光二極管(OLED)、平面顯示器與觸控屏幕等應用中,取代較脆弱且昂貴的銦錫氧化物(ITO)。
科學家們在鈉鈣玻璃(Soda Lime Glass)——玻璃瓶與窗戶最常使用的玻璃——基板上打造石墨烯組件,并發(fā)現存在玻璃中的鈉可作為石墨烯的摻雜劑。甚至是在暴露于空氣中經過幾星期后,存在于組件中的這種效應仍然極其強勁。
如上的掃瞄式電子顯微鏡圖所示,白色比例尺測得該組件為10um;而以CIGS/石墨烯接口的穿透式電子顯微鏡圖來看,白色比例尺測得100nm
Source:Brookhaven National Laboratory
“鈉鈣玻璃內部存在的鈉為石墨烯帶來了高遷移率,這在許多工藝中至關重要,在實現過程中也存在挑戰(zhàn)性,”Voxtel, Inc.資深科學家Nanditha Dissanayake表示。Nanditha Dissanayake先前曾任職于布魯克海文國家實驗室(Brookhaven Lab)。
該研究隊最初是從優(yōu)化太陽能電池著手,先在銅銦鎵硒(CIGS)半導體上堆棧太陽能電池中所包含的石墨烯薄膜,然后再堆棧于產業(yè)級的鈉鈣玻璃玻璃基板上。 科學家們接著為新系統進行初步測試,從而為后續(xù)的摻雜效應測試提供基準。但這些測試暴露出一些不可思議之處:無需加入額外的化學物質,石墨烯已經實現最佳化摻雜了。
在該研究中所使用的石墨烯場效晶體管機制示意圖。該組件由太陽能電池(包括堆棧于高性能CIGS半導體頂部的石墨烯)組成,再堆棧于鈉鈣玻璃、SLG或BSG等材料的基板上
Source:Brookhaven National Laboratory
根據研究結果發(fā)現,鈉原子摻雜石墨烯并可形成制造晶體管組件的重要組成部份——這些晶體管具有不同的電洞密度,從而導致晶體管活動。為了確實找到有利的機制,研究人員以鈉作為摻雜劑,致力于探索該系統及其于不同情況下的性能,包括在各種基板上(無論是否采用鈉)制造組件與測量摻雜強度。
除了美國能源部(DoE)旗下布魯克海文國家實驗室,這項研究并獲得了石溪大學(Stony Brook University;SBU)以及紐約州立大學理工學院(SUNY Polytechnic Institute)的納米科學與工程學院等單位的共同合作。
科學家們目前還需要更深入地探索摻雜機制的基礎,以及更詳細地研究材料在暴露于現實運作條件期間的韌性。然而,根據最初的研究結果顯示,采用玻璃石墨烯的途徑比其他許多摻雜機制更能有效防止退化。
石墨烯是一種具有高遷移率的碳原子單層,科學家們已經針對微電子與光電組件開發(fā)出一種可擴展且低成本的工藝。石墨烯具有高導電性與透明度,使其成為透明導電電極的理想替代方案,可在太陽能電池、有機發(fā)光二極管(OLED)、平面顯示器與觸控屏幕等應用中,取代較脆弱且昂貴的銦錫氧化物(ITO)。
科學家們在鈉鈣玻璃(Soda Lime Glass)——玻璃瓶與窗戶最常使用的玻璃——基板上打造石墨烯組件,并發(fā)現存在玻璃中的鈉可作為石墨烯的摻雜劑。甚至是在暴露于空氣中經過幾星期后,存在于組件中的這種效應仍然極其強勁。
Source:Brookhaven National Laboratory
“鈉鈣玻璃內部存在的鈉為石墨烯帶來了高遷移率,這在許多工藝中至關重要,在實現過程中也存在挑戰(zhàn)性,”Voxtel, Inc.資深科學家Nanditha Dissanayake表示。Nanditha Dissanayake先前曾任職于布魯克海文國家實驗室(Brookhaven Lab)。
該研究隊最初是從優(yōu)化太陽能電池著手,先在銅銦鎵硒(CIGS)半導體上堆棧太陽能電池中所包含的石墨烯薄膜,然后再堆棧于產業(yè)級的鈉鈣玻璃玻璃基板上。 科學家們接著為新系統進行初步測試,從而為后續(xù)的摻雜效應測試提供基準。但這些測試暴露出一些不可思議之處:無需加入額外的化學物質,石墨烯已經實現最佳化摻雜了。
Source:Brookhaven National Laboratory
根據研究結果發(fā)現,鈉原子摻雜石墨烯并可形成制造晶體管組件的重要組成部份——這些晶體管具有不同的電洞密度,從而導致晶體管活動。為了確實找到有利的機制,研究人員以鈉作為摻雜劑,致力于探索該系統及其于不同情況下的性能,包括在各種基板上(無論是否采用鈉)制造組件與測量摻雜強度。
除了美國能源部(DoE)旗下布魯克海文國家實驗室,這項研究并獲得了石溪大學(Stony Brook University;SBU)以及紐約州立大學理工學院(SUNY Polytechnic Institute)的納米科學與工程學院等單位的共同合作。
科學家們目前還需要更深入地探索摻雜機制的基礎,以及更詳細地研究材料在暴露于現實運作條件期間的韌性。然而,根據最初的研究結果顯示,采用玻璃石墨烯的途徑比其他許多摻雜機制更能有效防止退化。