柔性太陽(yáng)能電池用石墨烯
柔性太陽(yáng)能電池用石墨烯
想象一下我們周?chē)奶?yáng)能電池的未來(lái)，比如窗戶(hù)和墻壁、手機(jī)、筆記本電腦等。麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的一種新型的靈活透明的太陽(yáng)能電池將在未來(lái)更進(jìn)一步。
該設(shè)備將石墨烯與低成本有機(jī)碳材料電極相結(jié)合，這是一種由柔性和透明材料制成的廉價(jià)而豐富的碳源。太陽(yáng)能技術(shù)的進(jìn)步是在有機(jī)太陽(yáng)能電池上沉積一層石墨烯單原子厚度的新方法，不會(huì)損壞附近的敏感材料。直到W，透明太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)者通常依賴(lài)于昂貴而易碎的電極裝置，這些電極裝置在彎曲時(shí)容易破裂。使用石墨烯的能力是制造真正靈活、低成本和透明的太陽(yáng)能電池，使幾乎所有表面都成為電源。
光伏太陽(yáng)能電池的有機(jī)化合物將為當(dāng)今的無(wú)機(jī)硅太陽(yáng)能電池提供各種優(yōu)勢(shì)。它們將更便宜，更容易生產(chǎn)。它們將是輕量級(jí)，靈活，不重，剛性和易碎，因此它們將更容易運(yùn)輸，包括在偏遠(yuǎn)地區(qū)沒(méi)有中央電網(wǎng)。它們可以是超標(biāo)準(zhǔn)的。許多有機(jī)材料吸收太陽(yáng)光的紫外線和紅外線成分，但傳遞我們眼睛可以檢測(cè)到的可見(jiàn)部分。有機(jī)太陽(yáng)能電池可以安裝在我們周?chē)谋砻妫诓蛔⒁獾那闆r下收集能量。
石墨烯在透明電極中具有巨大的潛力，可以取代聚合物基太陽(yáng)能電池中的氧化銦錫（ITO），電極中的石墨烯經(jīng)過(guò)涂層、脫層、還原和溫度退火，成為一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料，這種雜化材料具有較好的能量關(guān)系，因?yàn)槭┡c半導(dǎo)體材料之間存在著良好的能量關(guān)系。Ting層的結(jié)合更加緊密，實(shí)現(xiàn)了有效的電荷注入，石墨聚合物透明電極也具有很高的工作性能和導(dǎo)電性，但其透光率僅為65%，除將石墨烯轉(zhuǎn)化為雜化物外，由CVD制備的石墨烯還可用作透明電極，CVD是臭氧處理的產(chǎn)物，它有利于提高電池的性能。石墨烯表面存在羰基和羥基官能團(tuán)，氧基官能團(tuán)增加了開(kāi)路電壓，但由于sp3雜化碳包圍了sp2雜化碳的共價(jià)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電性降低，非共價(jià)功能化的CVD石墨烯具有良好的導(dǎo)電性，可達(dá)到0.55V的開(kāi)路電壓。電壓、填充系數(shù)為55%，PCE為1.71%，石墨烯的柔韌性使太陽(yáng)能電池的彎曲度超過(guò)了純ITO電極。
基于電子轉(zhuǎn)運(yùn)體和受體的石墨聚合物太陽(yáng)能電池依靠高電子親和力將電子空穴對(duì)分離成不同的電荷。與其他材料不同，石墨烯與共軛聚合物混合時(shí)提供并有效分離。石墨烯的大表面積允許連續(xù)路徑和多個(gè)供體/受體用于有效電子轉(zhuǎn)移。這種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池產(chǎn)生1.1%的PCE。
許多太陽(yáng)能電池需要一個(gè)空穴傳輸層來(lái)防止電流泄漏和電荷復(fù)合。石墨烯可以與聚合物材料混合以產(chǎn)生高達(dá)3.6V的帶隙，從而阻止電子從陰極遷移到陽(yáng)極。眾所周知，在2nm制備的石墨烯薄膜可以提供最佳的結(jié)果，因?yàn)楹衲た梢苑乐闺娮拥耐干渎屎碗娮璧脑黾樱玫降淖畲驪CE為9%，如果不是更大的話(huà)，這與用作多孔傳輸層的其他材料相當(dāng)。
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