石墨烯在太阳能电池中的应用--《科技创新与应用》2016年17期
石墨烯在太阳能电池中的应用
【摘要】：环境污染、资源短缺已经成为世界各国所重点关注的问题,如何通过新型能源的开发以实现对于传统能源的替代成为各国的相关研究学者重点研究的问题。太阳能作为二十一世纪以来我国应用最为广泛的主要能源之一,对我国的综合发展产生了至关重要的影响,同时也为我国的综合产业水平提高做出了巨大的贡献。石墨烯作为一种新型材料,其被应用于太阳能电池的透光电极、电池中电子受体材料等多个方面。通过对石墨烯在太阳能电池中的应用分析,为新材料新技术的不断研究提供了理论支持,将有效的促进我国新能源产业的综合发展。
【作者单位】：
【分类号】：TM914.4
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400-819-9993基于石墨烯和量子点造太阳能电池
发布日期：
&&&&&& 俄罗斯大学和日本法政大学学者组成的一个国际小组开始启动在石墨烯和量子点基础上制造混合平面结构的工作。&&&&& &石墨烯拥有极高的导电能力，使它成为毫微电子学所需要的非常富有前景的材料。莫斯科物理工程学院纳米生物工程实验室学者伊戈尔·纳比耶夫说：“我们将开展科研工作，让人了解如何提高现有太阳能电池的效率，最终研发出比现在效率更高的太阳能电池样品。”&&&&& &项目完成后将获得新一代高效系统样品，在把太阳光转化为电能方面极富竞争力。纳比耶夫认为：“新系统的效率将提高几个百分点，有望给可再生能源领域带来现实突破。”来源：科技日报&石墨烯制备新型高效太阳能电池
石墨烯制备新型高效太阳能电池
示意图：电子转移途径在剥离的石墨烯/锌酞菁类混合体中的情形极高的电子迁移率使石墨烯具有理想的条件，电子穿过石墨烯时，大约有100倍的迁移率，这是对比硅而言，石墨烯还具有卓越的强度，而且事实上，它几乎是透明的（2.3％的光可被吸收；97.7％的光可被传输），这些都使它成为理想的候选材料，可用于光伏领域，超薄透明石墨烯膜就可替代金属氧化物电极。因此，它可能是一种很前途的替代材料，可替代铟锡氧化物（ITO：indiumtino
示意图：电子转移途径在剥离的石墨烯/锌酞菁类混合体中的情形　　极高的电子迁移率使石墨烯具有理想的条件，电子穿过石墨烯时，大约有100倍的迁移率，这是对比硅而言，石墨烯还具有卓越的强度，而且事实上，它几乎是透明的（2.3％的光可被吸收；97.7％的光可被传输），这些都使它成为理想的候选材料，可用于光伏领域，超薄透明石墨烯膜就可替代金属氧化物电极。因此，它可能是一种很前途的替代材料，可替代铟锡氧化物（ITO：indium tin oxide），铟锡氧化物是目前标准的透明电极材料，石墨烯用作电极，可用于液晶显示器，太阳能电池，iPad和智能手机使用的触摸屏，以及有机发光二极管（ OLED）显示器，这种显示器用于电视和计算机。　　但是，最近的研究表明，掺杂是必要的，为的是利用石墨烯的全部潜力。这一挑战对于研究人员而言，就是要找到适当的制造技术，制备高质量石墨烯片，使它具有高度的电荷迁移率（charge mobilities）。　　德国和西班牙的一个研究小组最近发表了一篇论文，发表在《应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition），题为《实现可调石墨烯/酞菁- PPV混合动力系统》（Towards Tunable Graphene/Phthalocyanine&PPV Hybrid Systems），他们提出了一种化学方法，制成非共价（non-covalently）功能性石墨烯，这种材料产生于可大量获得的低价天然石墨。　　&到目前为止，功能性分子要根据光活性基团（photo-active groups）引入，这需要与石墨烯氧化物相互作用，因此，就不得不忍受苛刻的还原条件（reduction conditions），获得非共价功能化石墨烯氧化物，&珍妮&马里格说（Jenny Malig），他是论文的第一作者。&我们方法的优势是直接剥离石墨烯，这要采用超声处理和伴随的非共价功能化，依靠的是感光分光表征（photospectroscopical characterization）溶液。&1&&2&&3&&
示意图：电子转移途径在剥离的石墨烯/锌酞菁类混合体中的情形　　极高的电子迁移率使石墨烯具有理想的条件，电子穿过石墨烯时，大约有100倍的迁移率，这是对比硅而言，石墨烯还具有卓越的强度，而且事实上，它几乎是透明的（2.3％的光可被吸收；97.7％的光可被传输），这些都使它成为理想的候选材料，可用于光伏领域，超薄透明石墨烯膜就可替代金属氧化物电极。因此，它可能是一种很前途的替代材料，可替代铟锡氧化物（ITO：indium tin oxide），铟锡氧化物是目前标准的透明电极材料，石墨烯用作电极，可用于液晶显示器，太阳能电池，iPad和智能手机使用的触摸屏，以及有机发光二极管（ OLED）显示器，这种显示器用于电视和计算机。　　但是，最近的研究表明，掺杂是必要的，为的是利用石墨烯的全部潜力。这一挑战对于研究人员而言，就是要找到适当的制造技术，制备高质量石墨烯片，使它具有高度的电荷迁移率（charge mobilities）。　　德国和西班牙的一个研究小组最近发表了一篇论文，发表在《应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition），题为《实现可调石墨烯/酞菁- PPV混合动力系统》（Towards Tunable Graphene/Phthalocyanine&PPV Hybrid Systems），他们提出了一种化学方法，制成非共价（non-covalently）功能性石墨烯，这种材料产生于可大量获得的低价天然石墨。　　&到目前为止，功能性分子要根据光活性基团（photo-active groups）引入，这需要与石墨烯氧化物相互作用，因此，就不得不忍受苛刻的还原条件（reduction conditions），获得非共价功能化石墨烯氧化物，&珍妮&马里格说（Jenny Malig），他是论文的第一作者。&我们方法的优势是直接剥离石墨烯，这要采用超声处理和伴随的非共价功能化，依靠的是感光分光表征（photospectroscopical characterization）溶液。&1&&2&&3&&
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中国科学家研发出雨天也能发电的太阳能电池
　　来源： 作者：江帆JF
　　作为人类“理想型”能源的太阳能，依靠着电池技术改变了获取能源的传统方式。但这一技术却受制于太阳能的最大软肋——天气因素，太阳能电池无法在不理想的天气情况下输出最优功率。
　　虽说雨水可以冲洗掉太阳能电池上阻碍光线照射的灰尘或污垢，相对起到了提高效率的作用。但不可否认的是，当碰到下雨或多云的天气，太阳能电池的产能效率也随之大打折扣，其中的能量几乎全是之前储存的。
　　多年来，工程师和材料学家在提高太阳能电池发电效率、扩大储电容量上的作为颇多。然而，中国科学家们另辟蹊径，借助“万能石”石墨烯，成功开发出一种和雨天相当“合拍”的新型太阳能电池。
　　“我们想要开发出一种阳光和雨水都可触发的太阳能电池。”该研究的领头人中国海洋大学材料科学家唐群委说。
　　3月21日，中国海洋大学(青岛)与云南师范大学(昆明)的科研团队在德国期刊《应用化学国际版》上发布研究报告详细阐述了这项成果，为了使得雨水也能产生电能，研究人员在高效染料敏化太阳能电池表面上覆盖了一层石墨烯薄膜。
石墨烯结构图
　　众所周知，“万能石”石墨烯是一种碳原子呈蜂窝状排列组合成的二维晶体，与它具备的许多其他优势相比，石墨烯以其卓越的导电性最为闻名，其表面富含大量离域电子(即自由移动的电子)，在遇水的情况下，石墨烯的电子可吸引正电荷离子，即我们熟知的路易斯酸碱电子理论，这一属性也可用于去除溶液中的铅离子和有机染料。
　　该科研团队受此启发，使用石墨烯薄膜来从雨水中获取电能。要知道，雨水并不是毫无杂质的纯净水，其中含有能分离成正负离子的盐份，其中正电荷离子主要为钠离子、钙离子与氨盐基。据外媒《IEEE综览》报道，为了巧妙利用这些化学成分，科学家选用了能够吸引正离子的石墨烯薄膜，在雨水与石墨烯的接触点上，这些成分会被吸附到石墨烯表面，这层带正电的离子层会与石墨烯的负电电子作用结合，形成一个电子与正电荷离子组成的双层结构，能起到电容器一样储备电能的效果，双层间的势能差足以产生电压和电流。
　　在测试过程中，科学家们在染料敏化太阳能电池上加了一层石墨烯薄膜，然后把它们放在一种由铟锡氧化物和塑料制成的柔韧且透明的基质上，由此形成的柔韧度高的太阳能电池的光电转换效率为6.53%，并能从用来模拟雨水的盐水中产生数百的微伏特(microvolt)。
　　“未来太阳能电池的发展趋向可能是全天候的。”唐群委说，但这一研究尚处于概念阶段，距离投入商用还需很长一段时间。唐群委还表示，他们未来的研究力度将集中于如何有效控制雨水中的各种离子，以及如何利用雨中那些常见的低浓度离子发电。
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