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石墨烯“进军”太阳能电池

北极星太阳能光伏网  来源:科学时报    2012/12/27 10:20:28  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:近日,美国麻省理工学院的研究人员研制出一种在柔性石墨烯片上涂覆纳米线的新方法。这种方法可以生产出低成本、透明以及柔韧性佳的太阳能电池,能够在窗户、屋顶以及其他物体的表面使用。

石墨烯片纳米涂层示意图

这项最新研究成果发表在近期的《纳米快报》杂志上,共同撰写者包括麻省理工学院博士后朴慧星和张胜根(音译),材料科学与工程专业副教授塞尔维洁。格瑞特克,以及其他8位来自麻省理工学院的研究人员。

目前大多数太阳能电池由硅制成,由于硅需要高度纯化后再制成晶体并切成薄片,导致价格一直比较昂贵。许多研究人员都在探讨硅的替代品,如纳米结构或者混合太阳能电池,而铟锡氧化物(ITO)是这些新型太阳能电池使用的一种透明电极。

格瑞特克说:“目前,ITO是透明电极材料的首选,如在触摸屏幕智能手机上使用。但是该化合物中铟的价格高昂,而石墨烯则由无处不在、价格低廉的碳所组成。”

格瑞特克表示,石墨烯可能是替代ITO的新材料。除了成本较低外,它还有诸如柔韧性佳、重量轻、机械强度与化学稳定性高等优点。

由于石墨的稳定性和惰性结构,要直接在纯净石墨烯的表面构建半导体纳米结构而又不影响其电性能和结构,具有较高的挑战性。因此格瑞特克及其团队使用了一系列聚合物涂层来改变石墨烯的属性,使其能够粘合氧化锌纳米线层,然后再覆盖上响应光波的硫化物量子点或者一种被称为P3HT的材料聚合物。

格瑞特克说:“尽管进行了修改,但是石墨烯的先天属性仍然保持不变,是一种有着显著优势的复合材料。”

麻省理工学院的团队已经证实,电极分别基于石墨烯与ITO的设备在效率方面具有可比性。在覆盖硫化物量子点的情况下,虽然石墨烯的功率转换效率比通用的硅电池低4.2%,但今后在特殊用途中将具有竞争力。

此外,研究报告的第一作者、麻省理工学院材料科学与工程学系博士后张胜根表示,不同于其他温度一直持续升高的半导体,涂层氧化锌纳米线的石墨电极完全可以将温度控制在175摄氏度以下。

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