三维石墨烯导电网络制备与宽光谱太阳电池探索项目摘要

光伏发电是未来能源结构的重要组成，探索新概念太阳电池尤为重要。围绕太阳光充分利用、电荷有效分离与收集，申请人拟构建三维联通的石墨烯网络，作为半导体的载体，通过多种吸光材料的负载，集成出宽光谱太阳电池。主要研究内容：（1）探索石墨烯薄膜的低温PECVD生长。通过研究等离子体-制备条件-成核生长的动力学过程，发展石墨烯低温制备的新方法。（2）新型Smart Substrate复合衬底设计。利用金属不同碳溶解度和扩散率，设计双元金属、金属-绝缘体的智能复合衬底，结合PECVD技术，进行石墨烯的低温生长。（3）衬底孔道结构设计与三维石墨烯制备。借助于多孔陶瓷和粉末冶金制备技术，研制特定孔结构的衬底，基于上述基础，制备三维联通的石墨烯网络。（4）新型宽光谱太阳电池集成。基于石墨烯/光电转换材料的复合设计，以三维石墨烯为导电骨架，以不同吸光材料作为载体，制备三维石墨烯宽光谱型器件。

本项目聚焦石墨烯薄膜的低温生长和三维石墨烯网络结构的构建，协同调控石墨烯生长过程中互为影响的多个物理量，系统开展新型材料体系的设计制备和性能表征，并结合光伏材料实现其在太阳能电池中应用。项目共发表包括Science在内的SCI论文93篇、申请专利13项，出版专著1个章节；培养博士生5名、硕士生3名。（1）基于等离子体增强化学气相沉积技术和“Smart Substrate”复合衬底设计理念，实现了Al2O3、 BN等绝缘衬底上高质量石墨烯薄膜的低温可控制备；（2）设计合成了一种具有高比表面积的氮掺杂有序介孔少层碳材料，碳的sp2杂化程度高达98%，相关研究成果发表于《科学》（Science 2015, 350 (6267), 1508-1512）杂志上；（3）利用无机陶瓷、硝酸镁凝胶、有机聚合物、生物质等做为模板，实现了不同形貌三维石墨烯网络结构的可控制备，机械、吸附、导电、导热等性能大幅度提升；（4）设计合成了一系列新型硫属宽光谱光吸收材料，并对其光电效应进行了探讨；（5）成功制备了基于三维石墨烯结构的柔性太阳能电池，光电转换效率提高了54%。

本标准适用于石墨烯涂层包覆型的导电纤维，其他类型的导电涂层包覆型的导电纤维可参照使用。