“太陽能電池”——石墨烯成為大幅提高轉(zhuǎn)換效率的王牌材料
石墨烯被寄予厚望的應(yīng)用實例之一是轉(zhuǎn)換效率非常高的新一代太陽能電池。展望其今后的應(yīng)用領(lǐng)域，首先是透明導電膜領(lǐng)域，其次是中間電極等領(lǐng)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(xiàn)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(nèi)的所有紅外線的高透明性。盡管紅外線占據(jù)了相當一部分的太陽輻射能量，但現(xiàn)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(zhuǎn)換本身不易實現(xiàn)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(fā)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(lǐng)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(xiàn)近在咫尺
最近有些研究機構(gòu)正在積極進行光電轉(zhuǎn)換層材料的開發(fā)，一些紅外線高效轉(zhuǎn)換技術(shù)也相繼面世。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(xiàn)遠遠超過現(xiàn)有太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
目前，在這些開發(fā)活動中處于領(lǐng)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(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）的“革新性太陽能發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)”項目中，積極開發(fā)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(jīng)放棄了迄今一直在研發(fā)的使用氧化石墨烯制作石墨烯片的工藝。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(jīng)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(chǎn)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(guān)的透明電極。插入半導體層之間的中間電極方面的應(yīng)用目前也正在探討之中。
石墨烯最能發(fā)揮威力的領(lǐng)域是有機薄膜太陽能電池領(lǐng)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(jīng)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(yīng)用之一”。
在太陽能電池中使用石墨烯作為中間電極的優(yōu)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(zhì)。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(zhì)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。(生物谷 bioon.com)
