石墨烯在太阳能电池中的应用

3) DSSC光阳极工作电极.
2.石墨烯应用于太阳能电池受体材料
石墨烯作为太阳能电池受体材料, 主要应用于OPSC中. OPSC 是一种混合异质结电池, 光照射OPSC中的电子给体材料产生 激子, 即电子空穴对, 激子会在给体与受体的交界面分离, 从 而使电子和空穴分别传导到两个电极上形成电流. 电子给体 材料的作用是产生电子空穴对, 目前一般采用共轭聚合物聚 3-己基噻吩或聚3-辛基噻吩.
③电子空穴对分离后, 空穴通过导电聚合物聚PEDOT:PSS传 输到正电极ITO/FTO表面. 空穴和电子分别被负极和正极收 集, 产生电势差, 实现光生伏特效应.
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石墨烯作为一种电性能可以和碳纳米管媲美且可通过功能 化改性的碳薄层材料, 可以替代有机聚合物电池中PCBM料
石墨烯应用于OPSC的工作原理.
①光入射到给体材料上, 给体材料P3HT/P3OT受光激发产生 电子空穴对, 即产生激子.
②电子空穴对迁移到给体材料与石墨烯受体材料的界面后, 电子转移到石墨烯受体材料的LUMO能级, 空穴保留在给体 材料的HOMO能级上, 从而实现电子和空穴对分离. 电子在 石墨烯受体材料中迁移, 最终传导到Al负极上.
1.石墨烯应用于太阳能电池透光电极材料
石墨烯作为一种超薄、透光性良好且电性能优异的 导体材料, 成为金属氧化物电极比较好的替代材料. 目前已有关于石墨烯作为透光导电极替代物的研究, 用于替代DSSC光阳极的透光ITO/FTO, 对电极镀铂 ITO/FTO, 以及有机聚合物太阳能电池透光电极 ITO/FTO等.
石墨烯应用于太阳能电池
1石墨烯应用于太阳能电池透光电极材料 2石墨烯应用于太阳能电池受体材料
1.石墨烯应用于太阳能电池透光电极材料
目前应用于透光电极的材料为金属氧化物, 如氧化 铟锡(indium tin oxide, ITO)、氧化氟锡(fluorine tin oxide, FTO), 俗称导电玻璃. 虽然导电玻璃广泛应用 于太阳能电池领域, 但导电玻璃有一些缺点, 如ITO 里的金属离子容易自发扩散, 导电玻璃对红外光谱 有较强的吸收性以及导电玻璃较差的热稳定性. 另 外, 导电玻璃在作为太阳能电池对电极的时候, 需在 其表面镀一层铂, 来增强其导电性, 这大大增加了制 备成本.
石墨烯在太阳能电池用 的应用
李聪聪
石墨烯性能
石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。
1.它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光； 2导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚
石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比 纳米碳管或硅晶体高， 3电阻率只约1 Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率 最小的材料。
2.石墨烯应用于太阳能电池受体材料
电子受体材料主要是用于电子分离和传输. 作为OPSC的受体 材料必须具备以下性质: (1)受体材料的功函数要在给体材料 的最高占据分子轨道(highest occupied molecular orbital, HOMO)和最低未占分子轨道(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)之间, 以实现电子在不同分子间的传播; (2)受 体材料应具有良好的传导电子能力, 并且有较好的材料稳定 性. 受体材料目前主要是富勒烯的派生物6,6-苯基C61丁酸甲 酯(6,6-phenyl C61 butyrate, PCBM), 但是PCBM作为受体材料 的效果不尽如人意. 学者们尝试将碳纳米管作为电子受体材 料, 但是由于碳纳米管较小的溶解性及其自身结构的限制, 影响了OPSC光电转换效率.
1.石墨烯应用于太阳能电池透光电极材料
以DSSC为例说明石墨烯作为透光电极的应用情况.
石墨烯在DSSC透光电极材料的应用主要包括以下 几个方面:
1) DSSC光阳极, 即使用表面制备有石墨烯薄膜的亲 水性石英玻璃代替传统的ITO/FTO;
2) DSSC对电极, 因为石墨烯具有优异的电流传导能 力, 所以石墨烯被作为铂金的替代材料涂敷于 ITO/FTO表面, 以求达到进一步降低DSSC的制备成本 的目的;