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、筆記本電腦等。麻省理工學院開發的一種新型的靈活透明的太陽能電池將在未來更進一步。

該設備將石墨烯與低成本有機碳材料電極相結合，這是一種由柔性和透明材料制成的廉價而豐富的碳源。太陽能技術的進步是在有機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化合物將為當今的無機硅太陽能電池提供各種優勢。它們將更便宜，更容易生產。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輸，包括在偏遠地區沒有中央電網。它們可以是超標準的。許多有機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），電極中的石墨烯經過涂層、脫層、還原和溫度退火，成為一種有機-無機雜化材料，這種雜化材料具有較好的能量關系，因為石墨烯與半導體材料之間存在著良好的能量關系。Ting層的結合更加緊密，實現了有效的電荷注入，石墨聚合物透明電極也具有很高的工作性能和導電性，但其透光率僅為65%，除將石墨烯轉化為雜化物外，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，氧基官能團增加了開路電壓，但由于sp3雜化碳包圍了sp2雜化碳的共價網絡，導電性降低，非共價功能化的CVD石墨烯具有良好的導電性，可達到0.55V的開路電壓。電壓、填充系數為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。

基于電子轉運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路徑和多個供體/受體用于有效電子轉移。這種類型的太陽能電池產生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合。石墨烯可以與聚合物材料混合以產生高達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。

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