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14.07.2013 | Mikroelektronik | Im Fokus | Onlineartikel

Bessere Photovoltaik dank Graphen

Autor:
Andreas Burkert

Mit Graphen erforschen Wissenschaftler eine Alternative für Silizium. Für die Elektronik der Zukunft ist dies ein wichtiger Meilenstein, um die traditionelle Silizium-Technik zu ergänzen oder sogar zu ersetzen.

Graphen ist ein zweidimensionaler Kristall aus Kohlenstoff-Atomen, der in einem bienenwabenförmigen Muster angeordnet ist. Dank seiner unglaubliche Festigkeit und seines zugleich äußerst geringen Gewichts, ist es für zahlreiche elektronische Anwendungen bestens geeignet. Materialwissenschaftlern an der Universität Wien ist es nun gelungen, eine neuartige Struktur aus hochwertigem Metall-Silicid zu erzeugen, die von einer schützenden Graphen-Schicht bedeckt ist. Diese zweidimensionalen Schichten sind so dünn wie ein einzelnes Atom.

Um die grundlegenden Eigenschaften der neuen Struktur zu entschlüsseln, sind leistungsstarke Messtechniken notwendig, die auf einer von Einsteins Entdeckungen beruhen – auf dem photoelektrischen Effekt. Wenn ein Lichtteilchen mit einem Material wechselwirkt, kann es all seine Energie auf ein Elektron innerhalb des Materials übertragen. Wenn die Energie des Lichts ausreichend groß ist, gewinnt das Elektron genug Energie, um aus dem Material auszubrechen.

Anwendung bei Halbleitern und Photovoltaik

Wertvolle Informationen über die elektronischen Eigenschaften des Materials können die Wissenschaftler dann mithilfe der sogenannten winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie (ARPES) gewinnen, indem sie den Winkel messen, unter dem die Elektronen das Material verlassen. Schichten so dünn wie einzelne Atome und daraus hergestellte Hybridmaterialien ermöglichen es, eine Fülle von ungewöhnlichen elektronischen Phänomenen zu studieren. Erste Untersuchungen belegen, dass die mit Graphen überzogenen Silicide zuverlässig gegen Oxidation geschützt sind und ein breites Spektrum von elektronischen Materialien und anwendungsorientierten Bauelementen abdecken können.

Eine besonders wichtige Entdeckung ist dabei, dass die Graphen-Schicht selbst kaum mit den darunterliegenden Siliciden wechselwirkt. Dadurch bleiben die einzigartigen Eigenschaften von Graphen überwiegend erhalten. Wird beispielsweise Graphen mit der bestehenden Metall-Silicid-Technologie verknüpft, können zahlreiche Anwendung in Halbleiterbauelementen, Spintronik, Photovoltaik und Thermoelektrik verbessert werden.

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