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功能化石墨烯在太阳能光伏电池领域中的应用

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传统的透明光电薄膜材料(如氧化铟锡, ITO)相对易碎, 耐酸性差, 制备工艺复杂, 并且随着稀有金属元素的资源开采价格已逐渐昂贵。石墨烯优异的导电性、柔韧性和化学稳定性, 单原子层结构赋予的高透光度, 以及伴随着大规模生产工艺的成熟展现出的低廉价格优势, 都使其在新型光电材料领域中的研究不断取得突破。目前FGs 的应用研究方向主要集中于太阳能电池和非线性光学材料两方面。功能化法不仅解决了石墨烯的溶解和分散问题,在引入非线性光学材料后还能赋予石墨烯以特殊的光电性能。

FGs 在太阳能光伏电池中可应用于有机光伏(OPV)电池和染料敏化电池(DSSCs)。在OPV 电池中通常应用为透明电极和异质结(BNJ)活性层;在DSSCs 中则常被用于窗口电极和极板。

Wu等人以Hummers 法制得了带有含氧基团(羟基、羧基、环氧基等) FGs,这些官能团具有亲水性, 使FGs 易分散于水溶液。随后以旋涂法将FGs 溶液均匀涂覆于石英基板上, 分别经过热还原和化学还原后得到了透明导电薄膜, 薄膜的厚度小于 20 nm,透明度大于 80%. 将其用作 OPV 电池电极, 测得的短路电流(JSC)及填充因子(FF)相对于传统光电材料ITO还有一定差距, 研究分析认为这是由于此种 FGs 电阻率过大而影响了 OPV 电池的性能. Wang等人也用类似的方法得到FGs, 经过热还原后用作DSSCs 的窗口电极, 这种透明电极的电导率可高达550S/cm, 相对于ITO 和氧化氟锡(FTO), 其在1000~3000 nm的波长范围内透光性更稳定, 但能量转化效率(PCE)还是较低, 分析原因为 FGs 电极与活性层间的界面导电性较差所导致的。



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