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石墨烯创造太阳能电池的新技术

人气:27 发布时间:2018-04-28
摘要:由麻省理工大学的科研团队开发的一种新型柔性石墨烯太阳能电池。在它的边缘附近是一个金属接触,可以在器件性能测试期间连接到检

      由麻省理工大学的科研团队开发的一种新型柔性石墨烯太阳能电池。在它的边缘附近是一个金属接触,可以在器件性能测试期间连接到检测探针。


      想象一下我们周围的太阳能电池的未来——应用在窗户和墙壁,手机,笔记本电脑等等。这种新型柔性透明太阳能电池,正在使未来变得更好。

该设备将低成本有机(含碳)材料与石墨烯电极结合在一起,石墨烯电极是一种由廉价而丰富的碳源制成的柔性透明材料。太阳能技术的进步来自于一种将石墨烯原子层沉积到太阳能电池的新方法,而不会破坏附近的敏感有机材料。到目前为止,透明太阳能电池的开发人员都依赖于昂贵的脆性电极,当设备弯曲时,这些电极往往会破裂。转换成石墨烯能制出真正灵活、低成本、透明的太阳能电池,它几乎可以将任何表面转变为电能来源。

由有机太阳能电池比今天的无机硅太阳能电池拥有许多优势。它们会更便宜,也更容易制作。它们轻便、灵活、不笨重、坚硬、不易碎,因此更容易运输。它们可以是透明的。有机材料不仅吸收了紫外线和红外线部分,包括人眼能见的可见光。因此,有机太阳能电池可以安装在我们周围环境中,并在我们没有注意的情况下获取能量。在过去的十年中,研究人员在开发过程中取得了重大进展。但他们遇到了一个持续的障碍:寻找适合将电流从电池中流出的电极材料。

目前使用最广泛的选择是氧化铟锡(ITO)。ITO具有导电性和透明性,但它也很脆,所以当电池弯曲时,ITO电极往往开裂并脱落。另外,铟昂贵且储量较少相当珍贵。

一种有希望替代ITO的方法是石墨烯,它是一种碳原子形式,以单原子厚度的薄片形式出现,具有显着的特征。它具有高导电性,灵活性,耐用性和透明性。它由廉价和无处不在的碳制成。另外,石墨烯电极可以仅为1纳米厚,只相当于ITO电极的一小部分,并且与电池本身能匹配得更好。

新型柔性石墨烯太阳能电池的开发人员孔靖和研究生宋毅教授是电气工程和计算机科学系纳米材料和电子组的成员。在过去的三年里,孔靖和宋毅一直在努力解决开发石墨烯太阳能技术难题。

研究人员指出,他们的有机太阳能电池可以沉积在任何类型的表面上,不管是刚柔透明与否。“举个例子,如果你想把它放在汽车的表面,它看起来不会很糟糕,”孔靖说。“”

为了证明其多功能性,他们将石墨烯装置沉积在柔性基板上,包括塑料、不透明纸和半透明卡普顿胶带。测量结果表明,这三种柔性基板的设备性能大致相同,仅比玻璃上的设备性能略低,这可能是由于表面粗糙度造成的,因此接触不良的可能性比较大。

将太阳能电池应用于任何表面的能力使其有望用于消费电子产品 ,这是世界上一个迅速发展的领域。例如,太阳能电池可以直接在手机和笔记本电脑上制造,而不是单独制造然后安装,这将显著降低制造成本。

它们也非常适合未来的设备,如剥离粘合型太阳能电池和纸电子设备。由于这些设备将不可避免地弯曲和折叠,研究人员也会对他们的样品做相同的测试。尽管所有的设备——包括ITO电极的设备——都可以重复折叠,但石墨烯电极可以在输出开始下降之前更紧密地弯曲。

研究人员正在努力提高石墨烯有机太阳能电池的效率,同时又不牺牲透明度。(增加活跃地区的数量将会推高功率转换效率,但透明度将会下降。)根据他们的计算,在目前的透明度水平上可以实现的最大理论功率转换效率是10%。

宋表示道“我们最好的功率转换效率大约是4%,所以我们还有一段路要走。”他们现在正在考虑如何最好地扩大太阳能电池,以覆盖整个窗户和墙壁,在这些设备中,他们在人眼无法察觉情况下可以有效地发电。

责任编辑:环球石墨烯网