1“石墨烯太陽能電池”，石墨烯是現在世界上已知的最為堅固的材料。在石墨烯樣品微粒開始碎裂前,其每100納米距離上可承受的最大壓力達到約2.9微牛.這一結果相當于,施加55牛頓的壓力才能使1米長的石墨烯斷裂.如果能制作出厚度相當于塑料包裝袋（厚度約100納米）的石墨烯，那么需要施加約兩萬牛頓的壓力才能將其扯斷。這意味著石墨烯比鉆石還要堅硬。它有望用于夢幻般的“太空電梯”的纜線。目前，“太空電梯”的最大難點之一在于如何制造出可以從地面延伸到空間站長達23000公里而不因重力折斷的材料。而石墨烯的出現為解決這一難題帶來契機。如果成功的制造出“太空電梯”，那人類講更接近太空。此外，因石墨烯的高強度高韌性，它可以用來開發制造出紙片般薄的超輕型飛機材料以及超堅韌的防彈衣。此外，石墨烯的熱導率是室溫下純金剛石的3倍（高達5000 W/ mK）；石墨烯對近紅外、可見光及紫外光均具有優異的透過性，有望用于透明導體及太陽能電池；石墨烯對鋰離子的存儲能力是石墨的近10倍；石墨烯在高靈敏度傳感器和高性能儲能器件方面也已經展示出誘人的應用前景。因此，石墨烯有望在未來信息、能源、機械和醫療等領域獲得廣泛的應用。石墨烯在潛在的應用領域我們中科院上海硅酸鹽研究所經過近一年的努力，已經用簡易的化學方法制備出石墨烯，并成功的將其應用于太陽能電池。如將石墨烯替代貴金屬基的材料，能做成“石墨烯太陽能電池”，則可以減緩資源、能源與環境的壓力。中科院上海硅酸鹽所制備得到石墨烯薄膜石墨烯的出現不僅給科學家們提供了一個充滿魅力與無限可能的研究對象，更讓我們對其充滿了期待，也許在不久的將來，石墨烯就會為我們搭建起更加便捷與美好的生活。/look,000510,7011026289.html石墨烯制備新型高效太陽能電池2011-05-06 15:22:57 來源：太陽能光伏網 示意圖：電子轉移途徑在剝離的石墨烯/鋅酞菁類混合體中的情形極高的電子遷移率使石墨烯具有理想的條件，電子穿過石墨烯時，大約有100倍的遷移率，這是對比硅而言，石墨烯還具有卓越的強度，而且事實上，它幾乎是透明的（2.3的光可被吸收；97.7的光可被傳輸），這些都使它成為理想的候選材料，可用于光伏領域，超薄透明石墨烯膜就可替代金屬氧化物電極。因此，它可能是一種很前途的替代材料，可替代銦錫氧化物（ITO：indium tin oxide），銦錫氧化物是目前標準的透明電極材料，石墨烯用作電極，可用于液晶顯示器，太陽能電池，iPad和智能手機使用的觸摸屏，以及有機發光二極管（ OLED）顯示器，這種顯示器用于電視和計算機。但是，最近的研究表明，摻雜是必要的，為的是利用石墨烯的全部潛力。這一挑戰對于研究人員而言，就是要找到適當的制造技術，制備高質量石墨烯片，使它具有高度的電荷遷移率（charge mobilities）。德國和西班牙的一個研究小組最近發表了一篇論文，發表在應用化學國際版（Angewandte Chemie International Edition），題為實現可調石墨烯/酞菁- PPV混合動力系統（Towards Tunable Graphene/PhthalocyaninePPV Hybrid Systems），他們提出了一種化學方法，制成非共價（non-covalently）功能性石墨烯，這種材料產生于可大量獲得的低價天然石墨。“到目前為止，功能性分子要根據光活性基團（photo-active groups）引入，這需要與石墨烯氧化物相互作用，因此，就不得不忍受苛刻的還原條件（reduction conditions），獲得非共價功能化石墨烯氧化物，”珍妮?馬里格說（Jenny Malig），他是論文的第一作者。“我們方法的優勢是直接剝離石墨烯，這要采用超聲處理和伴隨的非共價功能化，依靠的是感光分光表征（photospectroscopical characterization）溶液。” 馬里格是德克?古爾蒂（Dirk Guldi）小組的博士生，在紐倫堡（Nrnberg）埃爾蘭根（Erlangen）弗里德里希亞歷山大大學（Friedrich-Alexander-Universitat），一起工作的有她的同事，還有合作者來自馬德里自治大學（Universidad Autnoma de Madrid）IMDEA 納米科學部（IMDEA Nanociencia）。她指出，非共價剝落石墨烯，采用的媒介是表面活性劑（surfactants），這是經過充分驗證的,在原理上，這種概念是來自碳納米管化學。“此外，類表面活性劑（-surfactants）就像雙親性花（amphiphilic perylene）或苝染料（pyrene dyes）一樣，都已經用于穩定石墨烯薄片，這是在適當的溶劑中進行，”她說。“受這些成果鼓舞，我們轉向更復雜的分子，比如酞菁齊聚物（phthalocyanine oligomers），這在以前從未用于溶解過程。”對于這項工作，有知識傳授了已完成的研究，所在化學領域就是碳納米管化學，是古爾蒂的小組做的（他們寫過文章調整和優化內在互動的酞菁基PPV低聚物和單壁碳納米管實現n-型/p-型），這是關鍵性的，可以制備非共價功能化石墨烯薄片，這是一種納米復合材料。然而，研究新的電子供受體復合物（electron donor-acceptor hybrids）就涉及到石墨烯，這更具有挑戰性，遠遠超過剝離碳納米管，這都是在同樣的情況下進行。原因在于，從適用太陽能電池而言，主要挑戰是光物理特性方面的納米復合材料。“對比非共價功能化碳納米管，石墨烯被認為是一種零隙（zero-gap）半導體，沒有表現出顯著的光學躍遷（optical transition），在可見光范圍就是這樣，這就限制了表征技術（characterization techniques），”馬里格說。該小組繞過這個問題，選擇一個旁觀分子（spectator molecule），以協助查明和表現電子供受體的相互作用。“有趣的是，我們能夠量化和證明所形成的自由基陽離子（radical cation）種類，就是這種旁觀分子，它第一次清楚地表明，電子轉移是從激發的染料轉移到石墨烯片，”馬里格說。 “最后，后者就形成一種方便的工具，可用于測試廣泛的庫存染料。它表明，石墨烯有可能作為電子受體（electron acceptor）。”在一般情況下，這種新穎的單因子混合物（monohybrids）材料是新的電子材料，尤其可用于印刷電子技術。非共價功能化石墨烯產生了成本上有效的新材料，可能表現出新的變異屬性，不同于非功能化石墨烯。此外，功能基團（functional groups）可調整石墨/石墨烯的剝離和溶解度。“在有些設備中，石墨烯電子結構的調整是采用化學功能化，這是一種適當的方式，這些設備是可以設計的，所有的裝配完全采用石墨烯，”馬里格說。石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。如今，石墨烯再次給人們帶來驚喜。美國麻省理工學院及哈佛大學的研究人員發現，石墨烯可以對光產生不同尋常的反應，在室溫和普通光照射下，就可以發生熱載流子效應，產生電流。這一發現不僅為石墨烯再添新奇屬性，更有希望使其在太陽能電池、夜視系統、天文望遠鏡及半導體傳感器等應用領域發揮作用。該研究發表在近期出版的科學雜志上，它將是電池材料的又一突破。2 X+ B 6 Y4 V$ G) n 研究人員在實驗室制造了復雜的石墨烯納米P-N結，利用850納米的激光照射石墨烯P-N結介面，并測量激光照射點產生的光電流。結果發現，隨著激光強度的增加，特別是在低溫的條件下，可取得最大為5毫安/瓦（mA/W）的光電流，這一數值比以前的石墨光電器件高6倍。) A3 f: d ) n2 K* q 熱載流子效應并不新奇，但通常情況下，需要在接近絕對零度或在極強的激光照射下才會發生，但石墨烯卻表現出在室溫和普通光下就可以產生熱載流子效應的性能，這讓人們對石墨烯未來的應用產生了巨大的想像空間。% c4 T2 L5 F# l R+ J此前曾發現過石墨烯在光照下產生電流的現象，但研究人員錯誤地認為是光伏效應。而麻省理工學院的研究人員發現，當光照在石墨烯上時，可以產生兩個具有不同電氣特性的區域，進而出現溫差，產生電流。石墨烯在激光照射加熱不一致時，攜帶電流的電子被加熱，而晶格中的碳原子核保持低溫。正是由于石墨烯內部的溫差，產生了電流。這種不同尋常的機制就稱為熱載流子效應。（所謂熱載流子就是具有高能量的載流子，即其動能高于平均熱運動能量。當載流子從外界獲得了很大能量時，便可成為熱載流子。由于熱載流子所造成的一些影響，就稱為熱載流子效應。） N2 A* H! u: |9 B V; a5 研究人員認為，石墨烯之所以會產生上述現象，是由于大多數材料的過熱電子可將能量傳遞到周圍晶格，而石墨烯則需要很高的能量才能振動其晶格的碳原子核，因此只有很少的電子能將熱能轉移到晶格。7 L/ j6 P4 z& g# S* 8 _研究人員表示，該研究成果是光電及能量采集方面十分重要的進展。由于這種現象十分新穎，還需要進一步深入的研究，才能清楚地了解其重要意義。但可以肯定的是，這種特性將會有非常廣泛的應用前景。$ z0 Q7 t# u5 2 H首先，它有可能在利用太陽能方面產生重大的突破。典型的光伏材料僅對特定頻率或顏色的光發生反應，而石墨烯對光發生反應的范圍非常寬。研究結果還表明，石墨烯能十分有效地收集太陽能。因此太陽能電池的最大突破有可能會來自于石墨烯。5 l% L+ A7 m* Y7 W2 Ap=20, null, left 其次，由于石墨烯以不同的方式產生電流，因此可以利用石墨烯來制造超高速光子探測器。石墨烯對紅外光的反應更有其獨到之處，有望成為夜視系統及高級天文望遠鏡的重要組成部分。( x/ B% I, V* D, ?! Rp=20, null, left 此外，石墨烯也可應用于檢測重要的生物分子。毒素、病菌或食品污染物等物質在光照射下，會發出紅外光。此前所使用的半導體傳感器，通常包含一些十分昂貴的稀有元素，而利用石墨烯生產傳感器，成本將會大大降低。0 f! + k5 L# S3 W3 X 0 n7 _p=20, null, left 對于石墨烯的發現，還比較晚，人們還沒真正探索出它的奧秘，有關它的特性人們還不完全清楚，石墨烯還能給我們帶來什么樣的驚喜和奇跡，能否掀起一場石墨烯革命，我們拭目以待。相信它能給太陽能電池技術注入新的力量，使電池技術越來越完美。美國南加州大學的研究人員開發了一種柔性碳原子薄膜透明材料，并用它制作出有機太陽電池。這種新材料名為石墨烯，由一層導電性極好的碳原子組成，厚度為幾個原子。相關研究成果已發表在上。這種石墨烯有機太陽電池的光電轉化效率還比不上硅太陽電池。每平方米的硅太陽電池能把瓦的太陽光能轉化為瓦電力，而同樣面積的石墨烯有機太陽電池只能轉化出瓦電力。但石墨烯有機太陽電池造價低，而且柔韌性好，因此研究人員看好其應用前景，例如這種石墨烯有機太陽電池可做成家用窗簾，甚至可以做成會發電的衣服。目前研究人員已能制作多種尺寸的石墨烯，其中面積最大的為平方厘米。石墨烯的應用前景（三）：“太陽能電池”石墨烯成為大幅提高轉換效率的王牌材料石墨烯的應用前景：引言 石墨烯的應用前景（一）：“觸摸面板”最快于2012年面世石墨烯的應用前景（二）：2013年將實現以500GHz頻率工作的高速石墨烯晶體管和光學元件 石墨烯被寄予厚望的應用實例之一是轉換效率非常高的新一代太陽能電池。展望其今后的應用領域，首先是透明導電膜領域，其次是中間電極等領域。 不僅僅是代替ITO 對于石墨烯制透明導電膜，觸摸面板陣營的期待比較高，不過太陽能電池廠商的期待可能更高。這是因為石墨烯不僅在代替ITO方面的性能或其柔性較高，而且只有石墨烯透明導電膜才能實現對于太陽能電池來說非常重要的特性。 這個特性就是對于包括中遠紅外線在內的所有紅外線的高透明性。盡管紅外線占據了相當一部分的太陽輻射能量，但現有的大部分太陽能電池都無法把紅外線作為能量源來有效利用。這是因為除了有效的光電轉換本身不易實現之外，迄今多用于透明電極的ITO和FTO對紅外線的透射率實際上也比較低。 如果只要對于紅外線確保透明性就足夠了的話，材料的開發并不困難。不過，這種材料大多在原理上會面臨導電率大幅降低的問題。 其理由如下：在一般情況下要確保大范圍波長領域的透明性，載流子的密度越低越好。不過，由于導電率與載流子遷移率和載流子密度的乘積成比例，因此如果載流子遷移率不是很高，那么較小的載流子密度也就意味著導電率較小。其典型示例就是玻璃這種絕緣體。無論多透明，只要電流不能通過，就沒有任何意義。 石墨烯幾乎是唯一一種能夠避免這種問題的材料。其原因在于石墨烯具有非常高的載流子遷移率。因此，即使載流子密度非常小，也能確保一定的導電率。這種材料是非常罕見的。 超高效太陽能電池的實現近在咫尺 最近有些研究機構正在積極進行光電轉換層材料的開發，一些紅外線高效轉換技術也相繼面世（參閱本站報道）。這樣一來，如果可以利用對紅外線透明度也較高的透明導電膜，那么就可期待實現遠遠超過現有太陽能電池的轉換效率。 目前，在這些開發活動中處于領先地位的廠商之一是富士電機控股株式會社。該公司目前正在新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的“革新性太陽能發電技術研究開發”項目中，積極開發采用石墨烯的太陽能電池用透明導電膜。 不過，富士電機事實上已經放棄了迄今一直在研發的使用氧化石墨烯制作石墨烯片的工藝（參閱本站報道）。同時作為替代方法導入了三星公司等也采用的熱CVD法。通過一系列自主改進得到的2層石墨烯片的“導電率將高達ITO的幾倍，并且能夠確保90的光透射率等，已經達到能夠充分滿足性能指標的水平”（富士電機）。 有待解決的課題是量產性問題。“我們希望再能降低CVD法的工藝溫度。同時需要確立該方法中所使用的銅的再利用工藝。另外，還需要確認與太陽能電池半導體層的相容性等”（富士電機）。 作為電子和空穴兩者的傳輸材料 石墨烯在太陽能電池用途方面被寄予厚望的不僅僅是與太陽有關的透明電極。插入半導體層之間的中間電極方面的應用目前也正在探討之中。 石墨烯最能發揮威力的領域是有機薄膜太陽能電池領域。首次分離單層石墨烯的英國曼徹斯特大學研究人員康斯坦丁諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）曾在接受日經電子雜志采訪時表示“有機薄膜太陽能電池是最接近石墨烯實用化的應用之一”。 在太陽能電池中使用石墨烯作為中間電極的優點是透明且與半導體層的相容性較高。特別是中間電極材料要求同時兼具這兩個性質。具體來說，“與（迄今普遍用做中間電極的）TiO2/PDOT相比，石墨烯電極與半導體層的相容性更好”（日本埼玉大學上野啟司副教授）。 在這一方面，石墨烯中電子和空穴的載流子遷移率相等這一性質也作出了一定貢獻。以前，中間電極一般重疊使用n型和p型兩種材料。由于石墨烯既有n型又有p型，因此僅需1層石墨烯就能替代原來的材料。（未完待續，記者：野澤哲生） /s/blog_63fdca2401010q3n.html石墨烯在室溫和普通光照下可產生電流：能廣泛用于太陽能電池和半導體傳感器等領域來源： 科技日報發布時間： 2011-10-12 石墨烯再次給人們帶來驚喜。美國麻省理工學院及哈佛大學的研究人員發現，石墨烯可以對光產生不同尋常的反應，在室溫和普通光照射下，就可以發生熱載流子效應，產生電流。這一發現不僅為石墨烯再添新奇屬性，更有希望使其在太陽能電池、夜視系統、天文望遠鏡及半導體傳感器等應用領域發揮作用。該研究發表在近期出版的科學雜志上。研究人員在實驗室制造了復雜的石墨烯納米P-N結，利用850納米的激光照射石墨烯P-N結介面，并測量激光照射點產生的光電流。結果發現，隨著激光強度的增加，特別是在低溫的條件下，可取得最大為5 毫安/瓦（mA/W）的光電流，這一數值比以前的石墨光電器件高6倍。熱載流子效應并不新奇，但通常情況下，需要在接近絕對零度或在極強的激光照射下才會發生，但石墨烯卻表現出在室溫和普通光下就可以產生熱載流子效應的性能，這讓人們對石墨烯未來的應用產生了巨大的想像空間。此前曾發現過石墨烯在光照下產生電流的現象，但研究人員錯誤地認為是光伏效應。而麻省理工學院的研究人員發現，當光照在石墨烯上時，可以產生兩個具有不同電氣特性的區域，進而出現溫差，產生電流。石墨烯在激光照射加熱不一致時，攜帶電流的電子被加熱，而晶格中的碳原子核保持低溫。正是由于石墨烯內部的溫差，產生了電流。這種不同尋常的機制就稱為熱載流子效應。（所謂熱載流子就是具有高能量的載流子，即其動能高于平均熱運動能量。當載流子從外界獲得了很大能量時，便可成為熱載流子。由于熱載流子所造成的一些影響，就稱為熱載流子效應。）研究人員認為，石墨烯之所以會產生上述現象，是由于大多數材料的過熱電子可將能量傳遞到周圍晶格，而石墨烯則需要很高的能量才能振動其晶格的碳原子核，因此只有很少的電子能將熱能轉移到晶格。研究人員表示，該研究成果是光電及能量采集方面十分重要的進展。由于這種現象十分新穎，還需要進一步深入的研究，才能清楚地了解其重要意義。但可以肯定的是，這種特性將會有非常廣泛的應用前景。首先，它有可能在利用太陽能方面產生重大的突破。典型的光伏材料僅對特定頻率或顏色的光發生反應，而石墨烯對光發生反應的范圍非常寬。研究結果還表明，石墨烯能十分有效地收集太陽能。因此太陽能電池的最大突破有可能會來自于石墨烯。其次，由于石墨烯以不同的方式產生電流，因此可以利用石墨烯來制造超高速光子探測器。石墨烯對紅外光的反應更有其獨到之處，有望成為夜視系統及高級天文望遠鏡的重要組成部分。此外，石墨烯也可應用于檢測重要的生物分子。毒素、病菌或食品污染物等物質在光照射下，會發出紅外光。此前所使用的半導體傳感器，通常包含一些十分昂貴的稀有元素，而利用石墨烯生產傳感器，成本將會大大降低。石墨烯的發現很晚，有關它的特性人們還不完全清楚，石墨烯還能帶給人們什么樣的驚喜和奇跡，能否掀起一場石墨烯革命，還要拭目以待。/content/2011-10/12/content_50364.htm石墨烯電極在有機太陽能電池中的應用現在有一種有潛力的方法，即利用有機化合物（即含碳化合物）代替昂貴的高純度硅板，可以用來制作價廉的，質輕且柔性的太陽能電池。但是這種有機太陽能電池的發展存在棘手的問題。研究者為了尋找合適的導電電極材料付出艱辛的努力。特別是能與有機太陽能電池匹配的柔性的、透明的、低成本的電極材料。目前為止，制作電極材料普通使用銦錫氧化物（即ITO）。但是銦元素價格昂貴，而且較為稀有。所以一直在尋找合適的替代材料。現在，MIT（麻省理工大學）的一個研究團隊提出一種實用的方法利用價廉的，常見的碳元素制作合適的替代材料。擬用的材料是石墨烯，碳的一種形式：由碳原子像鐵絲網編織一樣形成的僅有一個原子厚度的二維平面片狀物。有一份關于如何利用石墨烯做太陽能電極的研究報告于12月17日發表在納米技術雜志上。這是MIT的教授Jing Kong（孔晶）和Vladimir Bulovi在他們的兩個學生及一位博士后研究員共同合作完成的論文。石墨烯是透明的，所以由它制作的電極可以適用在透明的有機太陽能電池，而且不會阻擋任何照射光。此外，這種電極是柔性的，與有機太陽能電池一樣，所以它能與建筑構成一體化，