據(jù)全球電池網(wǎng)了解,研究人員利用石墨烯良好的電學(xué)和光學(xué)性能,再摻雜一種有機(jī)物,制造出了轉(zhuǎn)換率達(dá)8.6%的太陽能電池,相比無摻雜的設(shè)備提升了4倍多。
在新的太陽能電池中,單層石墨烯放在硅片上,用作肖特基結(jié)(Schottky junction),主要組成部分就是簡單的光伏設(shè)備,稱為肖特基結(jié)太陽能電池(Schottky junction solar cells)。
光照條件下,電子-空穴對(electron-hole pairs)會在硅中因光產(chǎn)生。光生電子和空穴被分離,就是因?yàn)樾ぬ鼗Y(jié)內(nèi)置的電勢,它們會被收集到帶相反電荷的石墨烯和半導(dǎo)體接觸器上。這種單向流動的電流(電子流朝著一個方向,空穴朝著另一個反向)是肖特基結(jié)規(guī)定的屬性,可以使設(shè)備發(fā)電。
石墨烯為基礎(chǔ)的肖特基結(jié)太陽能電池在過去也演示過,這里,研究人員邁出了新的一步,摻雜石墨烯時采用有機(jī)化學(xué)品三氟甲磺酸(TFSA:trifloromethanesulfonic acid),他們使用了簡單的旋涂法(spin-casting method)。
摻雜使研究人員可以調(diào)整石墨烯的費(fèi)米水平(可衡量電子電勢能量),這帶來了兩個變化,可提高太陽能電池的整體效率:降低了石墨烯的電阻,提高了太陽能電池的內(nèi)置電勢,這就可以更有效地分離電子-空穴對,這些電子空穴對是由所吸收的光子產(chǎn)生的。
有了8.6%的效率,這種摻雜器件就顯著提高了效率,超過其他基于石墨烯的肖特基結(jié)太陽能電池,這些電池迄今已證實(shí)的電能量轉(zhuǎn)換效率是0.1%到2.86%不等。
肖特基結(jié)太陽能電池使用銦錫氧化物(indium tin oxide),相比之下,太陽能電池使用石墨烯有幾個優(yōu)勢。例如,可以調(diào)整石墨烯的性質(zhì),優(yōu)化太陽能電池的效率,而且石墨烯層也可用于硅以外的半導(dǎo)體。
研究人員希望,這里使用的方法簡單而且具有可擴(kuò)展性,可以進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)備,并在未來進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。
赫巴德說,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)石墨烯的物理屬性,會帶來更高效、廉價的太陽能電池。