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1、石墨烯制备新型高效太阳能电池2011-05-06 15:22:57 来源：太阳能光伏网示意图：电子转移途径在剥离的石墨烯/锌酞菁类混合体中的情 形极高的电子迁移率使石墨烯具有理想的条件，电子穿过石墨烯时，大约有 100倍的迁移率，这是对比硅而言，石墨烯还具有卓越的强度，而且事实上，它 几乎是透明的(2.3 %的光可被吸收；97.7 %的光可被传输)，这些都使它成为 理想的候选材料，可用于光伏领域，超薄透明石墨烯膜就可替代金属氧化物电极。 因此，它可能是一种很前途的替代材料，可替代铟锡氧化物(ITO : indium tin oxide)，铟锡氧化物是目前标准的透明电极材料，石墨烯用作电极，可用
2、于液 晶显示器，太阳能电池，iPad和智能手机使用的触摸屏，以及有机发光二极管(OLED )显示器，这种显示器用于电视和计算机。但是，最近的研究表明，掺杂是必要的，为的是利用石墨烯的全部潜力。这 一挑战对于研究人员而言，就是要找到适当的制造技术，制备高质量石墨烯片， 使它具有高度的电荷迁移率(charge mobilities )。德国和西班牙的一个研究小组最近发表了一篇论文，发表在应用化学国际 版(Angewandte Chemie International Edition )，题为实现可调石墨烯 /酞 菁-PPV 混合动力系统(Towards Tun able Graphe ne/Pht
3、halocya nine-PPVHybrid Systems )，他们提出了一种化学方法，制成非共价(non-covalently ) 功能性石墨烯，这种材料产生于可大量获得的低价天然石墨。到目前为止，功能性分子要根据光活性基团(photo-active groups )引入， 这需要与石墨烯氧化物相互作用，因此，就不得不忍受苛刻的还原条件(reduction conditions )，获得非共价功能化石墨烯氧化物，珍妮？马里格说 (Jenny Malig )，他是论文的第一作者。我们方法的优势是直接剥离石墨烯， 这要采用超声处理和伴随的非共价功能化，依靠的是感光分光表征(photospect
4、roscopical characterization )溶液。”马里格是德克？古尔蒂(Dirk Guldi )小组的博士生，在纽伦堡(Nurnberg ) 埃尔兰根(Erlangen )弗里德里希亚历山大大学(Friedrich-Alexa nder-U niversitat )，起工作的有她的同事，还有合作者来自 马德里自治大学(Universidad Aut noma de Madrid ) IMDEA 纳米科学部(IMDEA -Nanociencia )。她指出，非共价剥落石墨烯，采用的媒介是表面活性剂(surfactants )，这 是经过充分验证的，在原理上，这种概念是来自碳纳米管
5、化学。此外，n类表面活性剂(n-surfactants )就像双亲性花(amphiphilic perylene )或苝染料(pyrene dyes ) 一样，都已经用于稳定石墨烯薄片，这是 在适当的溶剂中进行，”她说。受这些成果鼓舞，我们转向更复杂的分子，比如 酞菁齐聚物(phthalocyanine oligomers )，这在以前从未用于溶解过程。”对于这项工作，有知识传授了已完成的研究，所在化学领域就是碳纳米管化 学，是古尔蒂的小组做的(他们写过文章调整和优化内在互动的酞菁基PPV低聚物和单壁碳纳米管实现n-型/p-型)，这是关键性的，可以制备非共价功 能化石墨烯薄片，这是一种纳米复合
6、材料。然而，研究新的电子供受体复合物 (electron donor-acceptor hybrids )就涉 及到石墨烯，这更具有挑战性，远远超过剥离碳纳米管，这都是在同样的情况下 进行。原因在于，从适用太阳能电池而言，主要挑战是光物理特性方面的纳米复 合材料。对比非共价功能化碳纳米管，石墨烯被认为是一种零隙( zero-gap )半导 体，没有表现出显著的光学跃迁(optical transition )，在可见光范围就是这样， 这就限制了表征技术(characterization techniques )， ”马里格说。该小组绕过这个问题，选择一个旁观分子(spectator molec
7、ule )，以协助 查明和表现电子供受体的相互作用。有趣的是，我们能够量化和证明所形成的自由基阳离子(radical cation )种 类，就是这种，旁观分子?它第一次清楚地表明，电子转移是从激发的染料转移 到石墨烯片，”马里格说。最后，后者就形成一种方便的工具，可用于测试广泛的库存染料。它表明，石墨烯有可能作为电子受体(electron acceptor )。”在一般情况下，这种新颖的单因子混合物(mo nohybrids )材料是新的电子 材料，尤其可用于印刷电子技术。非共价功能化石墨烯产生了成本上有效的新材 料，可能表现出新的变异属性，不同于非功能化石墨烯。此外，功能基团(functional groups )可调整石墨/石墨烯的剥离和溶解度。在有些设备中，石墨烯电子结构的调整是采用化学功能化，这是一种适当 的方式，这些设备是可以设计的，所有的装配完全采用石墨烯，”马里格说。
