中國粉體網(wǎng)訊    美國紐約州布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室(Brookhaven National Laboratory；BNL)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一種更有效的摻雜機(jī)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(xué)家們已經(jīng)針對微電子與光電組件開發(fā)出一種可擴(kuò)展且低成本的工藝。石墨烯具有高導(dǎo)電性與透明度，使其成為透明導(dǎo)電電極的理想替代方案，可在太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、平面顯示器與觸控屏幕等應(yīng)用中，取代較脆弱且昂貴的銦錫氧化物(ITO)。

　　科學(xué)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(xiàn)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(jīng)過幾星期后，存在于組件中的這種效應(yīng)仍然極其強(qiáng)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(nèi)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(guān)重要，在實(shí)現(xiàn)過程中也存在挑戰(zhàn)性，”Voxtel, Inc.資深科學(xué)家Nanditha Dissanayake表示。Nanditha Dissanayake先前曾任職于布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室(Brookhaven Lab)。

　　該研究隊(duì)最初是從優(yōu)化太陽能電池著手，先在銅銦鎵硒(CIGS)半導(dǎo)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(chǎn)業(yè)級的鈉鈣玻璃玻璃基板上。 科學(xué)家們接著為新系統(tǒng)進(jìn)行初步測試，從而為后續(xù)的摻雜效應(yīng)測試提供基準(zhǔn)。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(xué)物質(zhì)，石墨烯已經(jīng)實(shí)現(xiàn)最佳化摻雜了。


在該研究中所使用的石墨烯場效晶體管機(jī)制示意圖。該組件由太陽能電池(包括堆棧于高性能CIGS半導(dǎo)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(jù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)致晶體管活動(dòng)。為了確實(shí)找到有利的機(jī)制，研究人員以鈉作為摻雜劑，致力于探索該系統(tǒng)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(qiáng)度。

　　除了美國能源部(DoE)旗下布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室，這項(xiàng)研究并獲得了石溪大學(xué)(Stony Brook University；SBU)以及紐約州立大學(xué)理工學(xué)院(SUNY Polytechnic Institute)的納米科學(xué)與工程學(xué)院等單位的共同合作。

　　科學(xué)家們目前還需要更深入地探索摻雜機(jī)制的基礎(chǔ)，以及更詳細(xì)地研究材料在暴露于現(xiàn)實(shí)運(yùn)作條件期間的韌性。然而，根據(jù)最初的研究結(jié)果顯示，采用玻璃石墨烯的途徑比其他許多摻雜機(jī)制更能有效防止退化。