石墨烯：幫助太陽能電池開花

石墨烯：幫助太陽能電池開花

想象一下未來窗戶、墻壁、手機和筆記本電腦將無處不在的情景。麻省理工學院電子工程和計算機科學系教授孔靜最近通過開發靈活透明的太陽能電池使這個夢想更接近現實。太陽能電池可以集成在o移動電話和電腦屏幕沒有單獨安裝，預計將大大降低這些電子產品的制造成本。

在過去的10年里，研究人員一直在開發各種透明有機太陽能電池，并取得了顯著的進展。與硅基太陽能電池相比，這些電池具有許多優點：制造工藝簡單，成本低，易于彎曲，易于運輸到無電網的偏遠地區。然而，這些研究正面臨著一個嚴峻的挑戰。長期難題：沒有合適的導電性和光學透明性相結合的電極材料。

目前使用最廣泛的材料是氧化銦錫（ITO），它滿足了導電性和透明度的要求，但彎曲時很難斷裂，銦是一種稀有金屬，生產太陽能電池的成本太高。

石墨烯層是ITO的最佳替代材料，這種材料到處都是碳，不僅具有高導電性、柔韌性和透明度，而且使電極只有一納米厚，更符合超薄有機太陽能電池的需要。

但這兩個瓶頸一直制約著石墨烯電極在太陽能電池中的普及，第一個瓶頸是石墨烯電極很難沉積在太陽能電池上，大多數太陽能電池板是玻璃或塑料制成的。當其中一個石墨烯電極（底部電極）直接沉積時，需要水溶液和加熱，從而使其他頂部電極的沉積過程特別復雜。兩個石墨烯電極之間的多孔傳輸層（HTL）是可溶的，因此對水和熱特別敏感。因此，其他研究團隊傾向于用ITO代替頂部電極，只在底部使用石墨烯電極。

石墨烯電極的另一個瓶頸是頂部和底部電極必須承受不同的性能，這是很難實現的。

孔靜教授帶領他的實驗室團隊開發了一個具體的工藝，但同時又解決了這兩個瓶頸問題：使用銅箔、聚合物層、硅膠和醋酸乙烯酯（伊娃）層，不僅成功地在太陽能電池板上沉積了兩層石墨烯電極，而且改變了頂層GR的工作性能。阿芬電極，使其與底層石墨烯電極完全不同，并確保電流平穩。

為了檢驗石墨烯電極的實用性，孔晶團隊利用學校另一個實驗室的太陽能電池板，將石墨烯電極、ITO電極和鋁電極集成到玻璃板中，并對三個電極的太陽能轉換效率進行了比較，結果表明，石墨烯電極的轉換效率為石墨烯電極和ITO電極是一樣的，而鋁電極是最高的。孔靜解釋說，這是因為鋁電極可以將部分陽光反射回面板，吸收更多的太陽能，所以效率最高。

他們測試了由兩層石墨烯電極制成的太陽能電池的透明度，發現其光學透明度達到61%，最大值為69%，是目前透明太陽能電池中最高的。

孔靖說，他們的石墨烯太陽能電池可以擴散到任何表面，而不管其硬度和透明度如何。他們還使用透明塑料、不透明紙和半透明膠帶來制造底板，并在其上沉積了雙石墨烯電極來制造太陽能電池。研究發現，三種太陽能電池板的轉換效率相近，略低于玻璃電池板，這意味著石墨烯太陽能電池將在未來得到廣泛的應用。無論是墻和玻璃，還是手機和電腦，石墨烯太陽能電池都可以在上面展開，以提供所需的電力。

雖然石墨烯太陽能電池的轉換效率只有4%，但根據孔晶的理論計算，石墨烯太陽能電池的轉換效率可以在不降低透明度的情況下提高到10%，這有很大的提高空間。這也是他們下一個研究重點。

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