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石墨烯:助太阳能电池“遍地开花”

作者:佚名    发布于:2017-08-15    来源:中国电力资讯网

幻想这样一些场景:未来,无论是窗户和墙面,仍是手机和笔记本电脑,太阳能电池无处不在。麻省理工学院(MIT)电子工程和计算机科学系教授孔静(音译),近来运用石墨烯研制的可曲折通明太阳能电池,就让这一愿望中的场景离实际更近了一步。这种太阳能电池无需独自装置,可集成到手机和电脑屏幕内,有望大幅下降这些电子产品的制作本钱。
石墨烯“临危受命”

近10年来,研讨人员一直在研制各种通明的有机太阳能电池,并取得重大进展。这些电池与硅基太阳能电池比较,具有多项优势:制作工艺简单,本钱便宜,简便易曲折,简单运送到没有电网的偏远地区。但这些研讨面临着一个长时间难以解决的难题:找不到集导电性和光学通明性于一身的适宜电极资料。

现在,最广泛运用的资料是铟锡氧化物(ITO),这种资料导电性和通明性都契合要求,但太硬,曲折时简单折断碎裂,并且,铟是一种稀有金属,用来出产太阳能电池本钱过高。

石墨烯层成为替代ITO的最佳挑选。这种用随处可见的碳制成的资料,不只导电性高、可曲折和通明,并且做成的电极只要1个纳米厚,更契合超薄有机太阳能电池的需求。

新工艺克服瓶颈

但两大瓶颈一直制约着石墨烯电极在太阳能电池的普及。第一个瓶颈是石墨烯两个电极难以堆积到太阳能电池上。大多数太阳能电池板都是玻璃或塑料,当把其中一个石墨烯电极(底层电极)直接堆积时,需要水溶液和加热,导致另一个顶层电极堆积工艺特别杂乱。孔静表明:“两层石墨烯电极之间的空穴运送层(HTL)易溶解,因而对水和热特别敏感,如此一来,其他研讨团队往往将顶层电极用ITO替代,只在底层运用石墨烯电极。”

石墨烯电极的另一瓶颈是,顶层电极和底层电极有必要承当不同的作业功能,完成这一点十分不简单。

孔静教授带领其实验室团队研制出的特定工艺,却能一次性解决这两大瓶颈。他们运用铜箔、聚合物层、硅胶和一层乙烯—醋酸乙烯酯(EVA),不只成功将两层石墨烯电极堆积到太阳能板上,并且能改变顶层石墨烯电极的作业功能,使其与底层石墨烯的功能彻底不同,确保了电流顺利。

通明度迄今最高

为了检测石墨烯电极是否有用,孔静团队运用校园另一个实验室的太阳能电池板,将石墨烯电极、ITO电极和铝电极别离集成到玻璃板上,比较了三种电极的太阳能变换功率。测验结果发现,石墨烯电极和ITO电极的变换功率相当;铝电极的变换功率最高。孔静解释道,这是由于铝电极能将部分太阳光反射回电池板,可吸收更多的太阳能,因而功率最高。

他们对用两层石墨烯电极制成的太阳能电池进行通明度检测发现,其光学通明度达到61%,最高值有69%,在现在通明太阳能电池中最高。

孔静表明,他们的石墨烯太阳能电池能铺展到任何外表,不论这个外表的软硬和通明程度如何。他们还用通明塑料、不通明纸和半通明胶带别离做底板,将双层石墨烯电极堆积其上制成太阳能电池,发现三者变换功率相当,略低于玻璃为底板的太阳能电池变换功率。这意味着,石墨烯太阳能电池未来用处十分广泛,无论是墙面和玻璃,仍是手机和电脑,石墨烯电池都可以铺展在上面,供给所需电能。

尽管现在石墨烯电池的变换功率只要4%,但依据孔静团队的理论计算,在不下降通明度的情况下,石墨烯太阳能电池的变换功率可提高到10%,提高空间很大,这也是他们下一步的研讨要点。