柔性太陽能電池應用石墨烯

想像未來的太陽能電池在我們周圍,在窗戶和牆壁,手機、筆記本電腦等等。 麻省理工學院的一個新的靈活、透明太陽能電池發展將是未來更近一步。

設備結合了低成本的有機含碳材料電極的石墨烯,一種靈活的、透明材料製成的廉價和豐富的碳源。 這個進步在太陽能技術是通過小說的方法沉積一層單原子厚度的石墨烯在有機太陽能電池——沒有破壞附近的敏感材料。 直到現在,開發者透明的太陽能電池通常依賴昂貴,時傾向於裂紋的脆性電極設備彎曲。 使用石墨烯的能力是使可能真正靈活、低成本、透明的太陽能電池,可以把幾乎任何錶面變成電力的來源。

光伏太陽能電池有機化合物會提供各種優勢今天的無機硅太陽能電池。 他們會更便宜,更容易生產。 他們會是輕量級的,靈活的,而不是沉重,剛性,而脆弱,因此將更容易運輸,包括偏遠地區沒有中央電網。 他們可以是透明的。 許多有機材料吸收太陽光的紫外線和紅外線組件但傳送我們的眼睛可以檢測的可見部分。 有機太陽能電池可以被安裝在我們周圍表面和收穫能量沒有注意到他們。

石墨烯在透明電極上有很大的潛力，可以替代在聚合物基太陽能電池上的銦錫氧化物（ITO）。電極中的石墨烯在經過塗層、分層、還原和溫度退火後成為一種有機-無機雜化材料。這種混合材料具有更好的能量關係，因為石墨烯和半導電層更緊密地結合在一起，以獲得有效的電荷注入。石墨聚合物透明電極也具有很高的工作功能和導電性，但它的透光率只有65%。除了將石墨烯轉化為雜交種之外，cvd生成的石墨烯也可以用作透明電極。cvd是臭氧處理，它在石墨烯表面產生羰基和羥基功能基團。基於氧的功能基團提高了開路電壓，但是由於sp2雜化的共價網路被sp3雜化碳包圍，所以電導率降低了。非共價功能化的cvd石墨烯具有良好的導電性，可以達到0.55 V開路電壓，填充係數為55%，PCE為1.71%。石墨烯的靈活性使得太陽能電池的彎曲程度超過了單純的ITO電極。

電子傳送器和基於受體的石墨聚合物太陽能電池依賴於高電子親和能將電子空穴對分離成單獨的電荷。與其他材料不同的是，石墨烯在與共軛聚合物混合時提供和有效分離。石墨烯的大表面積允許一個連續的路徑和多個捐贈者/受體的位點來進行有效的電子傳遞。這種類型的太陽能電池產生了1.1%的PCE。

許多太陽能電池需要一個空穴傳輸層來阻止電流泄漏和電荷重組。石墨烯可以與聚合物材料混合，產生一種高達3.6 V的帶隙，從而禁止從陰極到陽極的電子遷移。眾所周知，2 nm制的石墨烯薄膜能夠提供最好的結果，因為厚膜可以防止電子的透光率，增加電阻。獲得的最高PCE是9%，如果不是更大的話，它比其他用作孔傳輸層的材料具有可比性。

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