石墨烯：幫助太陽能電池開花

石墨烯：幫助太陽能電池開花

想象一下未來窗戶、墻壁、手機和筆記本電腦將無處不在的情景。麻省理工學(xué)院電子工程和計算機科學(xué)系教授孔靜最近通過開發(fā)靈活透明的太陽能電池使這個夢想更接近現(xiàn)實。太陽能電池可以集成在o移動電話和電腦屏幕沒有單獨安裝，預(yù)計將大大降低這些電子產(chǎn)品的制造成本。

在過去的10年里，研究人員一直在開發(fā)各種透明有機太陽能電池，并取得了顯著的進展。與硅基太陽能電池相比，這些電池具有許多優(yōu)點：制造工藝簡單，成本低，易于彎曲，易于運輸?shù)綗o電網(wǎng)的偏遠地區(qū)。然而，這些研究正面臨著一個嚴峻的挑戰(zhàn)。長期難題：沒有合適的導(dǎo)電性和光學(xué)透明性相結(jié)合的電極材料。

目前使用最廣泛的材料是氧化銦錫（ITO），它滿足了導(dǎo)電性和透明度的要求，但彎曲時很難斷裂，銦是一種稀有金屬，生產(chǎn)太陽能電池的成本太高。

石墨烯層是ITO的最佳替代材料，這種材料到處都是碳，不僅具有高導(dǎo)電性、柔韌性和透明度，而且使電極只有一納米厚，更符合超薄有機太陽能電池的需要。

但這兩個瓶頸一直制約著石墨烯電極在太陽能電池中的普及，第一個瓶頸是石墨烯電極很難沉積在太陽能電池上，大多數(shù)太陽能電池板是玻璃或塑料制成的。當(dāng)其中一個石墨烯電極（底部電極）直接沉積時，需要水溶液和加熱，從而使其他頂部電極的沉積過程特別復(fù)雜。兩個石墨烯電極之間的多孔傳輸層（HTL）是可溶的，因此對水和熱特別敏感。因此，其他研究團隊傾向于用ITO代替頂部電極，只在底部使用石墨烯電極。

石墨烯電極的另一個瓶頸是頂部和底部電極必須承受不同的性能，這是很難實現(xiàn)的。

孔靜教授帶領(lǐng)他的實驗室團隊開發(fā)了一個具體的工藝，但同時又解決了這兩個瓶頸問題：使用銅箔、聚合物層、硅膠和醋酸乙烯酯（伊娃）層，不僅成功地在太陽能電池板上沉積了兩層石墨烯電極，而且改變了頂層GR的工作性能。阿芬電極，使其與底層石墨烯電極完全不同，并確保電流平穩(wěn)。

為了檢驗石墨烯電極的實用性，孔晶團隊利用學(xué)校另一個實驗室的太陽能電池板，將石墨烯電極、ITO電極和鋁電極集成到玻璃板中，并對三個電極的太陽能轉(zhuǎn)換效率進行了比較，結(jié)果表明，石墨烯電極的轉(zhuǎn)換效率為石墨烯電極和ITO電極是一樣的，而鋁電極是最高的?？嘴o解釋說，這是因為鋁電極可以將部分陽光反射回面板，吸收更多的太陽能，所以效率最高。

他們測試了由兩層石墨烯電極制成的太陽能電池的透明度，發(fā)現(xiàn)其光學(xué)透明度達到61%，最大值為69%，是目前透明太陽能電池中最高的。

孔靖說，他們的石墨烯太陽能電池可以擴散到任何表面，而不管其硬度和透明度如何。他們還使用透明塑料、不透明紙和半透明膠帶來制造底板，并在其上沉積了雙石墨烯電極來制造太陽能電池。研究發(fā)現(xiàn)，三種太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率相近，略低于玻璃電池板，這意味著石墨烯太陽能電池將在未來得到廣泛的應(yīng)用。無論是墻和玻璃，還是手機和電腦，石墨烯太陽能電池都可以在上面展開，以提供所需的電力。

雖然石墨烯太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率只有4%，但根據(jù)孔晶的理論計算，石墨烯太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可以在不降低透明度的情況下提高到10%，這有很大的提高空間。這也是他們下一個研究重點。

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