石墨烯/硅太阳能电池转换效率再创新高？

石墨烯是一种典型的二维纳米材料，具有优异的力学、电学、光学等性能，在能源与电子等领域中具有应用前景。2010年，我国科研人员首次提出并实现了石墨烯/硅异质结太阳能电池，该模型结构简单并有望与现有的半导体工艺结合，并被认为是石墨烯太阳能电池应用研究的重要结构之一（图1）。

图1基于石墨烯的各种太阳能电池模型结构

最近，美国麻省理工学院与我国清华大学、国家纳米科学中心等科研人员合作研究了石墨烯/硅异质结的界面状态（图2）。通过讨论该异质结的界面状态，优化了该模型的结构，并最终实现了15.6%的光电转换效率。该结果为石墨烯/硅异质结太阳能电池报道的最高记录，也是石墨烯各类型太阳能电池光电转换效率的最高结果之一。该研究不仅有助于理解石墨烯/硅的结构模型，还为其他类似的二维材料异质结构的研究供应了思路和借鉴。通过对石墨烯与太阳能电池光阳极材料中的充分利用，将有效的增强电子的传输速度，进一步降低电子之间的复合，从而实现光阳极关于染料的吸附能力，提高DSSC的综合光电转换效率。部分相关学者选择通过低温互凝结的方式促进石墨烯与TiO2的符合，发现在二者的比例为1比20的状态下，复合的效果相对较好。在使用此状态下的复合物作为光阳极的DSSC的效率更高于其他复合物的效率。另外，还有专家学者将不同含量的石墨烯与TiO2粉末进行混合，并用其溶液以旋转涂覆方式覆盖到ITO的玻璃上，以制备出光阳极。结果发现当石墨烯的含量为百分之一的状态下，太阳能电池的综合效率达到最高值。

太阳能电池是石墨烯应用的热点领域之一。石墨烯几乎对所有红外线具有高透明性，有利于提升光能利用率。透光率升高会导致载流子密度降低，但由于石墨烯具有非常高的载流子迁移率，即使载流子密度非常小，也能确保一定的导电率，可以作为太阳能电池中的受体材料。