石墨烯在太陽能電池領域的應用

2021-01-16 石墨烯聯盟


  目前廣泛應用的透光電極材料為金屬氧化物如氧化銦錫等,但其對紅外光譜具有較強的吸收、熱穩定性較差、易碎,同時在使用時需要在其表面鍍一層鉑來提高其導電性,大大增加了製備成本。而石墨烯幾乎對所有紅外線具有高透明性,有利於提升光能利用率。透光率升高會導致載流子密度降低,但由於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,也能確保一定的導電率。石墨烯可以製備成柔性透明薄膜電極,克服了氧化銦錫易碎的弱點。

  石墨烯具有良好的電學性能,可以作為太陽能電池中的受體材料。石墨烯可以和有機聚合物材料複合形成大的給受體界面,有利於電池中激子的擴散速率和載流子遷移率的提高,消除由於電荷傳輸路徑被破壞產生的二次聚集。如石墨烯可以和給體材料P3HT或者P3OT複合,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,進一步提升電子導電率。石墨烯作為受體材料時,其結構上的缺陷將會降低電子傳輸能力,增加電子空穴的複合,無法顯著提高電池的光電轉換效率,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注的重點。




  另外,石墨烯材料也被應用到各類太陽能電池的光陽極上。將石墨烯薄膜沉積在Si表面,有利於Si基肖特基電池的表面鈍化、摻雜及異質結的形成,且有效提升電池的光電轉換效率。在染料敏化太陽能電池中,將石墨烯與二氧化鈦形成複合物作為光陽極,意在充分利用二者的優點,改善電子傳輸速度,降低電子空穴的複合,進一步增加光陽極對染料的吸附,提高光電轉換效率。


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