鉅大LARGE | 點擊量：4122次 | 2021年04月22日
詳解石墨烯在太陽能電池領域的應用
石墨烯，是指從石墨材料中提取出來的二維晶體，它是于2004年被英國的物理學家所發現的一種新型材料。在石墨烯的研究和應用過程中，部分專家學者發現它在許多方面可以用來替代硅材料，用于計算機的生產和制造。石墨烯質地十分輕薄，但是也具有超強的韌性，作為密度極高的石墨烯，它被提取之后幾乎是透明的，部分相關學者稱它將成為改造世界發展的重要材料之一。
由于石墨烯的透光度高達百分之九十七以上，這使它可以被充分的應用到光伏領域當中，而在太陽能電池材料中的應用，充分的發揮出了石墨烯的基本特點。
石墨烯可應用于透光電極材料。在我國目前的透光導電極材料中，多數為金屬氧化物，也就是我們日常所獲的導電玻璃。而導電玻璃在用作透光電極材料中卻存在熱穩定性較差、制備成本的新增等特點，這在一定程度上都制約了太陽能電池的發展和應用，而通過石墨烯材料作為透光電極，將從根本上解決這些問題。
在進行石墨烯透光導電材料的應用中，重要以DSSC進行說明。在DSSC內部，重要分為工作電極、電解質和對電極這三個部分。其重要的構成是將多孔半導體晶體薄膜置放在透光導電基底上，進而將染料分子洗后在多孔薄膜當中。由于電解質存在不同的形態區分，而DSSC的重要原理就是導體薄膜上的染料分子在吸收太陽光之后，從基態躍遷到激發態：D+hv→D*；激發態染料的電子也同時快速的融入到納米半導體晶體的導帶當中：D*→D++e-（CB）；導帶中的電子經過外部電路最終到達對電極：e-（CB）→e-；I3-離子擴散到對電極后，得到電子I3-+2e-（CB）→3I-；而仍然處在氧化形態的染料D+被還原態的電解質I-還原再生，重新回到基態本身。通過這些反應之間的不斷循環，最終出現了光生伏特效應。
與此同時，石墨烯在透光電極材料當中的應用過程還應當重視關于石墨烯的提取和制備，其方法也重要分為浸漬提拉法、旋轉涂覆法、電泳沉積法以及化學氣相沉積法。在進行制備的過程中，也要保證石墨烯薄膜的均勻程度，確保其導電性的穩定的同時，降低制備成本。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
石墨烯可應用于太陽能電池受體材料該受體材料重要指OPSC。作為混合性的異質結電池，OPSC內部的電子給體材料會出現相應的激子，從而出現電子與空穴在兩個電極上的電流，而電子受體材料大部分是用于在電子分離和傳輸的過程中。在應用的過程中，將光入射到給體的材料之上，材料會受到光線激發而出現激子，電子空穴對逐漸遷移到給體材料，并與石墨烯的受體材料進行結合，而電子轉移到石墨烯受體材料的LUMO能級，空穴則會保留在HOMO能級上，實現電子和空穴的基本分離。
而電子在石墨烯受體材料當中的不斷遷移，最終會傳導到A1負極上。電子空穴對分離后，空穴則會通過導電聚合物傳輸到正電極的基本表面，這時由于空穴和電子分別被正負極所收集，出現了相應的電勢差，從而實現了光生伏特效應。
與此同時，由于表面接枝官能團的重要途徑雖然在一定程度上實現了石墨烯的分散性提升，但過多的官能團會導致石墨烯的分子結構以及其電能性質受到一定程度的影響，新增電子的符合，從而使太陽能電池的光電轉換效率無法得到有效的提升。
3石墨烯在太陽能電池光陽極材料的應用
通過對石墨烯與太陽能電池光陽極材料中的充分利用，將有效的增強電子的傳輸速度，進一步降低電子之間的復合，從而實現光陽極關于染料的吸附能力，提高DSSC的綜合光電轉換效率。部分相關學者選擇通過低溫互凝結的方式促進石墨烯與TiO2的符合，發現在二者的比例為1比20的狀態下，復合的效果相對較好。在使用此狀態下的復合物作為光陽極的DSSC的效率更高于其他復合物的效率。另外，還有專家學者將不同含量的石墨烯與TiO2粉末進行混合，并用其溶液以旋轉涂覆方式覆蓋到ITO的玻璃上，以制備出光陽極。結果發現當石墨烯的含量為百分之一的狀態下，太陽能電池的綜合效率達到最高值。
前景展望：
太陽能電池是石墨烯應用的熱點領域之一。石墨烯幾乎對所有紅外線具有高透明性，有利于提升光能利用率。透光率升高會導致載流子密度降低，但由于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，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復合形成大的給受體界面，有利于電池中激子的擴散速率和載流子遷移率的提高，消除由于電荷傳輸路徑被破壞出現的二次聚集。另外，石墨烯材料也可以應用到太陽能電池的光陽極上。將石墨烯薄膜沉積在Si表面，有利于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復合物作為光陽極，意在充分利用二者的優點，改善電子傳輸速度，降低電子空穴的復合，進一步新增光陽極對染料的吸附，提高光電轉換效率。
從全球太陽能產業的發展看，目前太陽能行業正處于高速發展階段，在邁向高精尖的道路上尚有一些亟待解決的技術難題，而石墨烯的出現正好為其供應了潛在的解決方法。
