新一代轻型，柔性太阳能电池和使用透明石墨烯电极的显示屏

新的轧制生产方法可以实现轻量级，灵活的太阳能设备和新一代的显示屏。

制造大型高质量的新方法可以导致超轻巧，柔性的太阳能电池，以及新的发光装置和其他薄膜电子产品。

在麻省理工学院开发的新制造过程，应该相对容易地扩大工业生产，涉及一种中间的“缓冲”材料层，这是技术成功的关键。缓冲液允许超薄的石墨烯片，小于纳米（亿分钟）厚，容易地从其基板上抬起，从而允许快速卷起制造。

该过程详述于2020年6月4日发布的，以先进的功能材料，由MIT Postdocs Giovanni Azzellino和Mahdi Tavakoli为单位;教授景康，托马斯帕拉西奥斯和马克斯贝勒;和有5个在麻省理工学院。

找到一种方法来制造薄型，大面积透明电极，近年来在薄膜电子设备中是一个主要的任务，对于光电器件中的各种应用 - 可以发光的东西，如计算机和智能手机屏幕，或收获它，如太阳能电池。今天的这种应用的标准是氧化铟锡（ITO），基于稀有且昂贵的化学元素的材料。

许多研究小组在寻找ITO的替代工作，专注于有机和无机候选材料。石墨烯，其原子布置在扁平六边形阵列中的纯碳形式具有极好的电气和机械性能，但它是易薄的，物理柔性的，并且由丰富，廉价的材料制成。此外，通过化学气相沉积（CVD）可以容易地以大片的形式生长，用铜作为种子层，AS Kong的组已经证明。然而，对于设备应用，最棘手的部分已经找到了从其天然铜基材释放CVD-生长的石墨烯的方法。

石墨烯的新制造方法基于在石墨烯通过气相沉积过程中铺设石墨烯之后的中间载体层。载体允许超薄的石墨烯片，小于纳米（亿分钟）厚，从基板容易地抬起，允许快速滚动制造。这些PS显示了制造石墨烯片的该方法，以及所使用的概念验证装置的照片（B）。

该释放被称为石墨烯转移过程，倾向于导致撕裂的卷材，皱纹和片材中的缺陷，这破坏了膜连续性，因此大幅降低了它们的导电性。但随着新技术，Azzellino说：“现在我们能够可靠地制造大面积的石墨烯片，将它们转移到我们想要的任何基材上，以及我们转移它们的方式不会影响原始石墨烯的电气和机械性能。 “

钥匙是由称为二甲苯的聚合物材料制成的缓冲层，其在原子水平上符合其展开的石墨烯片。与石墨烯一样，聚对二甲苯由CVD产生，这简化了制造过程和可扩展性。

作为这项技术的示范，团队制作了概念证明的太阳能电池，采用薄膜聚合物太阳能电池材料，以及用于细胞的两个电极之一的新形成的石墨烯层，以及也用于的二甲烯层作为器件基板。它们测量了可见光下的石墨烯膜的光学透射率接近90％。

与基于ITO的最先进的装置相比，基于原型的石墨烯的太阳能电池的太阳能电池提高了每重量的输送功率的36倍。它还使用1/200用于透明电极的每单位面积的材料量。而且，与ITO相比，存在进一步的基本优势：“石墨烯几乎是免费的，”Azzellino说。

“基于超轻的石墨烯的设备可以为新一代应用程序铺平道路，”他说。“因此，如果您考虑便携式设备，则每权重的功率变为非常重要的优点。如果我们可以在平板电脑上部署透明太阳能电池，那么能够向平板电脑上电？“他说，虽然需要一些进一步的发展，但这些应用最终应与这种新方法最终是可行的。

缓冲材料，聚对聚丙烯广泛用于微电子工业，通常用于封装和保护电子设备。因此，Azzellino说，使用这些材料的供应链和设备已经普遍存在。在三种现有类型的Parylene中，团队的测试表明，其中一个含有更多氯原子，是对本申请最有效的。

富含氯的聚对聚乙烯的原子接近层作为层夹在一起提供进一步的优点，通过为石墨烯提供一种“掺杂”，最终为大面积石墨烯提供更可靠而无损的方法，与迄今为止已经测试和报告的许多其他人不同。

“石墨烯和二甲苯薄膜总是面对面，”Azzellino说。“所以基本上，掺杂动作始终存在，因此优势是永久性的。”

参考：“使用聚对聚乙烯的”CVD-石墨烯的协同卷转移和掺杂使用聚对稳定的和超轻量级光伏“，由Mahammad Mahdi Tavakoli，Giovanni Azzellino，Marek Hempel，Ang-yu Lu，Francisco J. Martin-Martinez，嘉源赵，景街Yeo，Tomas Palacios，Markus J. Buehler和Jing Kong，6月4日2020年6月4日，先进的功能材料.DOI：
10.1002 / adfm.202001924

该研究团队还包括Marek Hempel，Ang-yu Lu，Francisco Martin-Martinez，嘉源赵和景杰Yeo，都在麻省理工学院。通过士兵纳米技术研究所和海军研究办公室通过MIT能源倡议，美国陆军研究办公室和海军研究办公室得到了eni Spa的支持。