柔性太阳能电池用石墨烯

柔性太阳能电池用石墨烯


想象一下我们周围的太阳能电池的未来，比如窗户和墙壁、手机、笔记本电脑等。麻省理工学院开发的一种新型的灵活透明的太阳能电池将在未来更进一步。

该设备将石墨烯与低成本有机碳材料电极相结合，这是一种由柔性和透明材料制成的廉价而丰富的碳源。太阳能技术的进步是在有机太阳能电池上沉积一层石墨烯单原子厚度的新方法，不会损坏附近的敏感材料。直到W，透明太阳能电池的开发者通常依赖于昂贵而易碎的电极装置，这些电极装置在弯曲时容易破裂。使用石墨烯的能力是制造真正灵活、低成本和透明的太阳能电池，使几乎所有表面都成为电源。

光伏太阳能电池的有机化合物将为当今的无机硅太阳能电池提供各种优势。它们将更便宜，更容易生产。它们将是轻量级，灵活，不重，刚性和易碎，因此它们将更容易运输，包括在偏远地区没有中央电网。它们可以是超标准的。许多有机材料吸收太阳光的紫外线和红外线成分，但传递我们眼睛可以检测到的可见部分。有机太阳能电池可以安装在我们周围的表面，在不注意的情况下收集能量。

石墨烯在透明电极中具有巨大的潜力，可以取代聚合物基太阳能电池中的氧化铟锡（ITO），电极中的石墨烯经过涂层、脱层、还原和温度退火，成为一种有机-无机杂化材料，这种杂化材料具有较好的能量关系，因为石墨烯与半导体材料之间存在着良好的能量关系。Ting层的结合更加紧密，实现了有效的电荷注入，石墨聚合物透明电极也具有很高的工作性能和导电性，但其透光率仅为65%，除将石墨烯转化为杂化物外，由CVD制备的石墨烯还可用作透明电极，CVD是臭氧处理的产物，它有利于提高电池的性能。石墨烯表面存在羰基和羟基官能团，氧基官能团增加了开路电压，但由于sp3杂化碳包围了sp2杂化碳的共价网络，导电性降低，非共价功能化的CVD石墨烯具有良好的导电性，可达到0.55V的开路电压。电压、填充系数为55%，PCE为1.71%，石墨烯的柔韧性使太阳能电池的弯曲度超过了纯ITO电极。

基于电子转运体和受体的石墨聚合物太阳能电池依靠高电子亲和力将电子空穴对分离成不同的电荷。与其他材料不同，石墨烯与共轭聚合物混合时提供并有效分离。石墨烯的大表面积允许连续路径和多个供体/受体用于有效电子转移。这种类型的太阳能电池产生1.1%的PCE。

许多太阳能电池需要一个空穴传输层来防止电流泄漏和电荷复合。石墨烯可以与聚合物材料混合以产生高达3.6V的带隙，从而阻止电子从阴极迁移到阳极。众所周知，在2nm制备的石墨烯薄膜可以提供最佳的结果，因为厚膜可以防止电子的透射率和电阻的增加，得到的最大PCE为9%，如果不是更大的话，这与用作多孔传输层的其他材料相当。

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