石墨烯片納米涂層示意圖。

近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員研制出一種在柔性石墨烯片上涂覆納米線的新方法。這種方法可以生產(chǎn)出低成本、透明以及柔韌性佳的太陽能電池，能夠在窗戶、屋頂以及其他物體的表面使用。

這項(xiàng)最新研究成果發(fā)表在近期的《納米快報(bào)》雜志上，共同撰寫者包括麻省理工學(xué)院博士后樸慧星和張勝根(音譯)，材料科學(xué)與工程專業(yè)副教授塞爾維潔·格瑞特克，以及其他8位來自麻省理工學(xué)院的研究人員。

目前大多數(shù)太陽能電池由硅制成，由于硅需要高度純化后再制成晶體并切成薄片，導(dǎo)致價(jià)格一直比較昂貴。許多研究人員都在探討硅的替代品，如納米結(jié)構(gòu)或者混合太陽能電池，而銦錫氧化物(ITO)是這些新型太陽能電池使用的一種透明電極。

格瑞特克說：“目前，ITO是透明電極材料的首選，如在觸摸屏幕智能手機(jī)上使用。但是該化合物中銦的價(jià)格高昂，而石墨烯則由無處不在、價(jià)格低廉的碳所組成。”

格瑞特克表示，石墨烯可能是替代ITO的新材料。除了成本較低外，它還有諸如柔韌性佳、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度與化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

由于石墨的穩(wěn)定性和惰性結(jié)構(gòu)，要直接在純凈石墨烯的表面構(gòu)建半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)而又不影響其電性能和結(jié)構(gòu)，具有較高的挑戰(zhàn)性。因此格瑞特克及其團(tuán)隊(duì)使用了一系列聚合物涂層來改變石墨烯的屬性，使其能夠粘合氧化鋅納米線層，然后再覆蓋上響應(yīng)光波的硫化物量子點(diǎn)或者一種被稱為P3HT的材料聚合物。

格瑞特克說：“盡管進(jìn)行了修改，但是石墨烯的先天屬性仍然保持不變，是一種有著顯著優(yōu)勢(shì)的復(fù)合材料。”

麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證實(shí)，電極分別基于石墨烯與ITO的設(shè)備在效率方面具有可比性。在覆蓋硫化物量子點(diǎn)的情況下，雖然石墨烯的功率轉(zhuǎn)換效率比通用的硅電池低4.2%，但今后在特殊用途中將具有競(jìng)爭(zhēng)力。

此外，研究報(bào)告的第一作者、麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)系博士后張勝根表示，不同于其他溫度一直持續(xù)升高的半導(dǎo)體，涂層氧化鋅納米線的石墨電極完全可以將溫度控制在175攝氏度以下。