柔性太陽能電池用石墨烯

柔性太陽能電池用石墨烯


想象一下我們周圍的太陽能電池的未來，比如窗戶和墻壁、手機(jī)、筆記本電腦等。麻省理工學(xué)院開發(fā)的一種新型的靈活透明的太陽能電池將在未來更進(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而豐富的碳源。太陽能技術(shù)的進(jìn)步是在有機(jī)太陽能電池上沉積一層石墨烯單原子厚度的新方法，不會損壞附近的敏感材料。直到W，透明太陽能電池的開發(fā)者通常依賴于昂貴而易碎的電極裝置，這些電極裝置在彎曲時容易破裂。使用石墨烯的能力是制造真正靈活、低成本和透明的太陽能電池，使幾乎所有表面都成為電源。

光伏太陽能電池的有機(jī)化合物將為當(dāng)今的無機(jī)硅太陽能電池提供各種優(yōu)勢。它們將更便宜，更容易生產(chǎn)。它們將是輕量級，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)材料吸收太陽光的紫外線和紅外線成分，但傳遞我們眼睛可以檢測到的可見部分。有機(jī)太陽能電池可以安裝在我們周圍的表面，在不注意的情況下收集能量。

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能電池中的氧化銦錫（ITO），電極中的石墨烯經(jīng)過涂層、脫層、還原和溫度退火，成為一種有機(jī)-無機(jī)雜化材料，這種雜化材料具有較好的能量關(guān)系，因為石墨烯與半導(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)增加了開路電壓，但由于sp3雜化碳包圍了sp2雜化碳的共價網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電性降低，非共價功能化的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能電池的彎曲度超過了純ITO電極。

基于電子轉(zhuǎn)運(yùn)體和受體的石墨聚合物太陽能電池依靠高電子親和力將電子空穴對分離成不同的電荷。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)路徑和多個供體/受體用于有效電子轉(zhuǎn)移。這種類型的太陽能電池產(chǎn)生1.1%的PCE。

許多太陽能電池需要一個空穴傳輸層來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，因為厚膜可以防止電子的透射率和電阻的增加，得到的最大PCE為9%，如果不是更大的話，這與用作多孔傳輸層的其他材料相當(dāng)。

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