石墨烯太陽電池創下效率新紀錄
- 上線日期：2012/7/16 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家研發的新型石墨烯(graphene)太陽電池創下功率轉換效率的新紀錄。他們的作法是在太陽電池中的石墨烯層添加有機摻雜物，成功地將功率轉換效率提升至9%，相形之下，未經摻雜的石墨烯太陽電池轉換效率僅有2%。
石墨烯為具蜂巢狀晶格結構的單原子厚平面碳材料，擁有許多獨特的電子與機械性質，這是由於電子能高速無阻地在材料內運動，行為類似無靜止質量的迪拉克(Dirac)粒子。拜迪拉克電子存在之賜，石墨烯還能吸收各種顏色的光線。
雖然科學家已經製作出石墨烯太陽電池，但其功率轉換效率始終無法突破1.9%，不過就在最近，佛羅里達大學的Sefaattin Tongay等人一舉將轉換效率提升近5倍之多。他們將名為TFSA的有機化合物摻雜入石墨烯中，接著將其置於矽晶圓上以形成石墨烯/矽蕭特基接面(Schottky junction)。上述元件在陽光照射下會產生電子電洞對，蕭特基介面的存在會致使這些電荷載子分離，最後再分別由連接石墨烯與矽的電極所收集形成光電流，完成光電轉換的過程。
摻雜TFSA會改變石墨烯的費米能階(Fermi level)，導致石墨烯/矽接面處的電荷重新調整。此舉會增強介面處的電場強度，使得元件能更有效率地收集電子與電洞，因而提升產出功率。Tongay表示，此元件既耐用又便宜，而且製作簡單。此外，將石墨烯轉移至矽材料上對石墨烯表面的影響非常微小，因此介面處能保持原狀，這點對電荷的收集過程至為重要，因為材料晶格的缺陷會形成捕捉電荷的陷阱，降低電荷載子的生命週期，影響元件收集電荷的效率。
該團隊目前正嘗試進一步提升此石墨烯太陽電池的功率轉換效率。他們正在測試數種摻雜效果可能更好的有機塗佈材料，並且提出不同的元件結構。詳見Nano Lett.｜DOI: 10.1021/nl204414u。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/49898
譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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