石墨烯：助太陽能儲能電池“遍地開花”

想象這樣一些場景：將來，無論是窗戶和墻壁，還是手機和筆記本電腦，太陽能電池無處不在。麻省理工學院(MIT)電子工程和計算機科學系教授孔靜(音譯)，近日利用石墨烯研發的可彎曲透亮太陽能電池，就讓這一夢想中的場景離實際更近了一步。這種太陽能電池無需單獨安裝，可集成到手機和電腦屏幕內，有望大幅降低這些電子產品的制造成本。下面就隨電源管理小編一起來知道一下相關內容吧。

石墨烯“臨危受命”

近10年來，研究人員一直在研發各種透亮的有機太陽能電池，并取得重大進展。這些電池與硅基太陽能電池相比，具有多項優點：制造工藝簡單，成本便宜，輕便易彎曲，容易運送到沒有電網的偏遠地區。但這些研究面對著一個長期難以處理的難題：找不到集導電性和光學透亮性于一身的適宜電極材料。

目前，最廣泛使用的材料是銦錫氧化物(ITO)，這種材料導電性和透亮性都符合要求，但太硬，彎曲時容易折斷碎裂，而且，銦是一種稀有金屬，用來加工太陽能電池成本過高。

石墨烯層成為替代ITO的最佳選擇。這種用隨處可見的碳制成的材料，不僅導電性高、可彎曲和透亮，而且做成的電極惟有1個納米厚，更符合超薄有機太陽能電池的需求。

新工藝克服瓶頸

但兩大瓶頸始終制約著石墨烯電極在太陽能電池的普及。第一個瓶頸是石墨烯兩個電極難以沉積到太陽能電池上。大多數太陽能電池板都是玻璃或塑料，當把其中一個石墨烯電極(底層電極)筆直沉積時，要水溶液和加熱，導致另一個頂層電極沉積工藝特別復雜。孔靜表示：“兩層石墨烯電極之間的空穴運輸層(HTL)易溶解，因此對水和熱特別敏感，如此一來，其他研究團隊往往將頂層電極用ITO代替，只在底層使用石墨烯電極。”

石墨烯電極的另一瓶頸是，頂層電極和底層電極非得承擔不同的工作性能，實現這一點非常不容易。

孔靜教授率領其試驗室團隊研發出的特定工藝，卻能一次性處理這兩大瓶頸。他們使用銅箔、聚合物層、硅膠和一層乙烯—醋酸乙烯酯(EVA)，不僅成功將兩層石墨烯電極沉積到太陽能板上，而且能改變頂層石墨烯電極的工作性能，使其與底層石墨烯的性能完全不同，確保了電流順暢。

透亮度迄今最高

為了測試石墨烯電極是不是實用，孔靜團隊利用學校另一個試驗室的太陽能電池板，將石墨烯電極、ITO電極和鋁電極分別集成到玻璃板上，比較了三種電極的太陽能轉換效率。探測結果發現，石墨烯電極和ITO電極的轉換效率相當;鋁電極的轉換效率最高。孔靜解釋道，這是因為鋁電極能將部分太陽光反射回電池板，可吸收更多的太陽能，因此效率最高。

他們對用兩層石墨烯電極制成的太陽能電池進行透亮度測試發現，其光學透亮度達到61%，最高值有69%，在目前透亮太陽能電池中最高。

孔靜表示，他們的石墨烯太陽能電池能鋪展到任何表面，不管這個表面的軟硬和透亮程度要怎么樣。他們還用透亮塑料、不透亮紙和半透亮膠帶分別做底板，將雙層石墨烯電極沉積其上制成太陽能電池，發現三者轉換效率相當，略低于玻璃為底板的太陽能電池轉換效率。這意味著，石墨烯太陽能電池將來用途非常廣泛，無論是墻壁和玻璃，還是手機和電腦，石墨烯電池都可以鋪展在上面，供應所需電能。

雖然目前石墨烯電池的轉換效率惟有4%，但依據孔靜團隊的理論計算，在不降低透亮度的情況下，石墨烯太陽能電池的轉換效率可提高到10%，提升空間很大，這也是他們下一步的研究重點。

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