新生研讨课研究报告

中国科学技术大学

“科学与社会”新生研讨课研究报告报告题目：石墨烯应用于太阳能电池

小组组长：黄汝博

小组成员：吴晨岩、徐运坤、曹翔宇

导师姓名：谢毅

2015年5月31日

一、研究小组成员及其承担的主要工作

二、进度安排

三、摘要、关键词

四、研究报告

掺杂半导体材料。目前常用的商业化ITO在可见光范围的透过率T约80% — 90%，面电阻R 约10—100Ω，随透过率增加，面电阻值变大。由于ITO热稳定性和柔韧性不佳，使得继续提高效率遭遇瓶颈。而石墨烯具有很高的透过率、超高的载流子迁移率，优异的力学性能和稳定性，因此被认为有望成为理想的透明电极材料。

除此之外，石墨烯具有对包括中远红外线在内的所有红外线的高透明性。尽管红外线占据了相当一部分太阳能辐射能量，但现有的大部分太阳能电池都无法将红外线作为能量源来有效利用。这是因为除了有效的光电转换本身不易实现之外，迄今多用于透明电极的ITO和FTO对红外线的透射率实际上也比较低。对于普通材料，确保大范围波长领域的透明性，就意味着较低的载流子密度。然而对于二维材料有

为二维直流电导率，n为载流子密度，q为载流子电荷，μ为载流子迁移率。对于普通材料而言较小的载流子密度就意味着电导率较小，例如普通玻璃的光透过率大，但为绝缘体，无法作为光电极。不过石墨烯的载流子迁移率极大，电导率始终较高。石墨烯在很宽波长内较高的光透过率以及较高的载流子密度，使它有望成为新的太阳能电池透明电极。

石墨烯是二维材料，单层石墨烯厚度仅为0.34nm，对于二维透明导电材料，透光率T和面电阻Rs有如下关系[8]

其中G为光电导率,为真空介电常数，C为光速

对于石墨烯G = =πe ²/( 2h)≈6．08×

又

得

对于单层石墨烯，N=1，代入计算得T=97.7%,

与实际值相符。

由于故可认

为透过率和石墨烯层数成线性关系。

如图

（a）1—4层石墨烯堆垛（b）4层石墨烯与ITO

AZO FTO 对比

由于透过率与电导率的此消彼长关系，无论是单一比较透过率还是面电阻都无法准确评价透明导电材料的性能。因此一般通过品质因子[11]F = T / Rs来综合评价透明导电材料的透过率、导电性。

由G = =πe ²/( 2h)≈6．08×

由此可以推得T=(1+0.337d d的单位为nm

本征石墨烯载流子浓度n=3.4×，通常情况下载流子迁移率μ=1.5×·，厚度d = 0.34 N,多层石墨烯的面电阻可以表示为

可见光透过率T=90%,面电阻=15 =15×

能级，空穴保留在给体材料的HOMO能级上，从而实现电子和空穴对分离.电子在石

A1负极上.过程③电子空穴对分离后，空穴通过导电聚合

ITO/FTO表面.空穴和电子分别被负极和正极收集，产生电势

五、导师评审意见