یک روش جدید برای ساختن ورقه‌های بزرگ گرافن با کیفیت بالا و ضخامت اتمی می‌تواند به سلولهای خورشیدی بسیار سبک و انعطاف پذیر منجر شود و به کلاس‌های جدید دستگاه‌های دارای نور و سایر الکترونیک‌های فیلم نازک منجر شود. این فرآیند تولید جدید، که در دانشگاه MIT توسعه یافته است، به راحتی قابل تعمیم به مقیاس صنعتی می‌باشد. این فرآیند شامل یک لایه «بافر» میانی می‌باشد که نقش کلیدی در نتیجه روش دارد. بافر اجازه می‌دهد تا ورق گرافن فوق نازک با ضخامتی کمتر از یک نانومتر، از سطح بستر جدا شده و امکان تولید سریع و پیوسته را فراهم کند.
این روند به طور مفصل در مقاله‌ای در نشریه Advanced Functional Materials، توسط دانشجویان فوق‌دکتری دانشگاه MIT و با حضور یک محقق ایرانی به نام مهدی توکلی چاپ شده است.
در سال‌های اخیر یافتن راهی برای ساخت الکترودهای نازک، شفاف و با سطح بزرگ که در هوای آزاد پایدار باشند، برای انواع مختلفی از کاربردها در دستگاه‌های اپتوالکترونیک مورد توجه قرار گرفته است. دستگاه‌های اپتوالکترونیک شامل مواردی هستند که یا از خود نور ساطع می‌کنند، مانند صفحه نمایش تلفن‌های هوشمند و رایانه، یا مانند سلولهای خورشیدی نور را جذب می‌کنند. استاندارد امروز برای چنین کاربردهایی اکسید قلع ایندیم (ITO) است، که از عناصر شیمیایی کمیاب و گران ساخته شده است.
بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی در زمینه یافتن جایگزینی برای ITO، بر روی مواد آلی و غیرآلی کار کرده‌اند. گرافن، نوعی کربن خالص است که اتم‌های آن در یک آرایه شش ضلعی مسطح چیده شده است. گرافن دارای خواص الکتریکی و مکانیکی بسیار خوبی است، از نظر فیزیکی انعطاف‌پذیر و بسیار نازک است و از یک ماده بسیار فراوان و ارزان ساخته شده است. علاوه بر این، همانطور که محققان نشان داده‌اند، می‌توان به کمک روش رسوبدهی بخار شیمیایی (CVD) و با استفاده از مس به عنوان دانه، آن را به شکل ورق‌های بزرگ سنتز کرد. با این حال، برای کاربردهای دستگاهی، دشوارترین بخش یافتن راهی برای جداسازی گرافن رشد یافته از بستر مس است.
این جداسازی که به فرایند انتقال گرافن معروف است، منجر به ایجاد پارگی، چروک و نقص در ورق‌ها و در نتیجه در پیوستگی فیلم می‌شود و بنابراین باعث کاهش شدید هدایت الکتریکی آن‌ها می‌شود. اما محققان در این تحقیق موفق شدند صفحات بزرگ گرافن را با اطمینان بسازند، و آن‌ها را به بستر مورد نظر منتقل کنند. این در حالی است که نحوه انتقال آن‌ها بر خصوصیات الکتریکی و مکانیکی گرافن بکر تأثیر نمی‌گذارد.
راه حل، استفاده از یک لایه بافر ساخته شده از مواد پلیمری به نام پاریلن است که در سطح اتمی با ورق‌های گرافنی که بر روی آن قرار گرفته است، مطابقت دارد. پاریلن هم مانند گرافن، به روش رسوبدهی شیمیایی بخار تولید می‌شود که فرایند تولید و مقیاس‌پذیری را ساده می‌کند.
این تیم به عنوان نمونه‌ای از این فناوری، سلولهای خورشیدی ساخته است که در آن، از یک ماده پلیمری لایه‌نازک، به همراه لایه گرافنی تازه تشکیل شده به عنوان یکی از دو الکترود سلول و یک لایه پاریلن به عنوان بستر سلول استفاده شده است. آن‌ها عبوردهی نوری فیلم گرافن در مجاورت نور مرئی را نزدیک به 90 درصد گزارش کردند.
توان بر حسب وزن نمونه اولیه این سلول خورشیدی مبتنی بر گرافن، تقریباً 36 برابر نمونه‌های مشابه مبتنی بر ITO می‌باشد. همچنین مواد به کار رفته در واحد سطح برای الکترود شفاف آن 200 برابر کاهش یافته است. مزیت اساسی دیگر این نمونه در مقایسه با ITO، قیمت بسیار پایین گرافن می‌باشد.
ماده بافر پاریلن، به طور گسترده در صنعت میکروالکترونیک کاربرد دارد، بنابراین زنجیره‌های تأمین و تجهیزات مورد نیاز آن به وفور یافت می‌شود. تحقیقات نشان داده است که از سه نوع موجود پاریلن، گونه‌ای که دارای اتم‌های کلر بیشتری است، برای این کاربرد موثرتر است.
