石墨烯在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用
目前廣泛應(yīng)用的透光電極材料為金屬氧化物如氧化銦錫等,但其對(duì)紅外光譜具有較強(qiáng)的吸收、熱穩(wěn)定性較差、易碎,同時(shí)在使用時(shí)需要在其表面鍍一層鉑來(lái)提高其導(dǎo)電性,大大增加了制備成本。而石墨烯幾乎對(duì)所有紅外線具有高透明性,有利于提升光能利用率。透光率升高會(huì)導(dǎo)致載流子密度降低,但由于石墨烯具有非常高的載流子遷移率,即使載流子密度非常小,也能確保一定的導(dǎo)電率。石墨烯可以制備成柔性透明薄膜電極,克服了氧化銦錫易碎的弱點(diǎn)。
石墨烯具有良好的電學(xué)性能,可以作為太陽(yáng)能電池中的受體材料。石墨烯可以和有機(jī)聚合物材料復(fù)合形成大的給受體界面,有利于電池中激子的擴(kuò)散速率和載流子遷移率的提高,消除由于電荷傳輸路徑被破壞產(chǎn)生的二次聚集。如石墨烯可以和給體材料P3HT或者P3OT復(fù)合,縮短了電荷傳輸路徑;也可以將受體材料C60接枝到石墨烯表面,進(jìn)一步提升電子導(dǎo)電率。石墨烯作為受體材料時(shí),其結(jié)構(gòu)上的缺陷將會(huì)降低電子傳輸能力,增加電子空穴的復(fù)合,無(wú)法顯著提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率,因此減少石墨烯的缺陷,以及考慮石墨烯與給體材料的相互作用和匹配是關(guān)注的重點(diǎn)。
另外,石墨烯材料也被應(yīng)用到各類太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極上。將石墨烯薄膜沉積在Si表面,有利于Si基肖特基電池的表面鈍化、摻雜及異質(zhì)結(jié)的形成,且有效提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率。在染料敏化太陽(yáng)能電池中,將石墨烯與二氧化鈦形成復(fù)合物作為光陽(yáng)極,意在充分利用二者的優(yōu)點(diǎn),改善電子傳輸速度,降低電子空穴的復(fù)合,進(jìn)一步增加光陽(yáng)極對(duì)染料的吸附,提高光電轉(zhuǎn)換效率。
大量研究表明石墨烯應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的優(yōu)越性和可行性,盡管光伏產(chǎn)業(yè)在過(guò)去幾年經(jīng)歷了大起大落,但隨著國(guó)家對(duì)新能源開(kāi)發(fā)利用的重視程度,太陽(yáng)能電池的產(chǎn)銷具備持續(xù)增長(zhǎng)能力,石墨烯的出現(xiàn)正好為光伏產(chǎn)業(yè)中一些亟需解決的技術(shù)難題提供了解決方案,未來(lái)石墨烯在光伏行業(yè)大有可為。
責(zé)任編輯:蔣桂云
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