石墨烯太阳能电池领域应用

摘要:石墨烯具有优异的电学、热学、结构和力学性能,以及完美的量子隧道效应、优异的电导率等一系列特殊性质,并同时具备价格低廉和原料丰富的优点,被业界普遍认为在下一代电晶体、透明导电膜、储能技术、化学传感、功能复合材料等领域应用前景十分广阔。 

关键词:驰飞超声波;超声波纳米制备装置;石墨烯;太阳能电池


      据研究发现,只有石墨烯透明导电膜才能实现对于太阳能电池来说非常重要的特性。这个特性就是对于包括中远红外线在内的所有红外线的高透明性。尽管红外线占据了相当一部分的太阳辐射能量,但现有的大部分太阳能电池都无法把红外线作为能量源来有效利用。这是因为除了有效的光电转换本身不易实现之外,迄今多用于透明电极的ITO和FTO对红外线的透射率实际上也比较低。 

      如果只要对于红外线确保透明性就足够了的话,材料的开发并不困难。不过,这种材料大多在原理上会面临导电率大幅降低的问题。石墨烯几乎是唯一一种能够避免这种问题的材料。其原因在于石墨烯具有非常高的载流子迁移率。因此,即使载流子密度非常小,也能确保一定的导电率,这种材料是非常罕见的。 

      目前最常用的制备石墨烯的方法是氧化还原法,石墨在浓硫酸中在一定的条件下与强氧化剂反应,被氧化后在其片层间带上羰基、羟基、环氧基等基团,使石墨层间距变大成为氧化石墨。氧化石墨经过适当的处理,容易在水或有机溶剂中分散成均匀的单层或双层氧化石墨烯溶液,最后用水合肼还原去除剩余的含氧官能团。虽然这种方法简便且成本较低,可以制备大批量的石墨烯,但是,经过强氧化剂完全氧化过的石墨并不一定能够完全还原,导致其一些物理、化学等性能降低。虽然采用其他方式也可制备石墨烯,例如机械剥离法、液相或气相直接剥离法,这些方法合成的石墨烯纯度高、缺陷较少, 但费时、产率低下, 不适于大规模生产。

      由此可见,寻求一种既可以适用于大规模生产,又能够保证制备的石墨烯纯度高、缺陷较少的新型石墨烯制备方法对于石墨烯太阳能电池的发展和其他应用的扩展至关重要。驰飞超声波通过研究现有的石墨烯制备方法,结合超声波技术,研究出超声波纳米制备装置。超声波纳米制备装置利用超声波在液体中产生的强烈空化效应,促进化学反应进程,实现一般情况下难以达到的化学反应。驰飞超声波利用超声波纳米制备装置和现有的氧化还原法结合,使完全氧化过的石墨几乎实现完全还原,保证其物理、化学等性能不被破坏。超声波纳米制备装置辅助氧化还原法,保留了氧化还原法合成石墨烯的效率,实现工业化生产,又避免了氧化还原法存在的弊端,提高了石墨烯的纯度。

      石墨烯以其独特的结构和优异的性能,在太阳能电池的发展前景巨大,驰飞超声波借鉴各种方法的优势结合自主研发的超声波纳米制备装置,综合运用,可以制备单层、结构完整和高电导率的石墨烯,这一途径被认为是石墨烯规模化应用的战略起点。 

 


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