作为高转化率的转化材料之一，石墨烯的应用非常广泛，对此，小编在这里将为大家介绍一下石墨烯的应用前景。首先，“太阳能电池”——石墨烯成为大幅提高转换效率的王牌材料,石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次是中间电极等领域。不仅仅是代替ito,对于石墨烯制透明导电膜，触摸面板阵营的期待比较高，不过太阳能电池厂商的期待可能更高。这是因为石墨烯不仅在代替ito方面的性能或其柔性较高，而且只有石墨烯透明导电膜才能实现对于太阳能电池来说非常重要的特性。
这个特性就是对于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的太阳辐射能量，但现有的大部分太阳能电池都无法把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。如果只要对于红外线确保透明性就足够了的话，材料的开发并不困难。不过，这种材料大多在原理上会面临导电率大幅降低的问题。其理由如下：在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。石墨烯几乎是唯一一种能够避免这种问题的材料。其原因在于石墨烯具有非常高的载流子迁移率。因此，即使载流子密度非常小，也能确保一定的导电率。这种材料是非常罕见的。
石墨烯的应用前景分析
最近有些研究机构正在积极进行光电转换层材料的开发，一些红外线高效转换技术也相继面世（参阅本站报道）。这样一来，如果可以利用对红外线透明度也较高的透明导电膜，那么就可期待实现远远超过现有太阳能电池的转换效率。目前，在这些开发活动中处于领先地位的厂商之一是富士电机控股株式会社。该公司目前正在新能源产业技术综合开发机构（nedo）的“革新性太阳能发电技术研究开发”项目中，积极开发采用石墨烯的太阳能电池用透明导电膜。不过，富士电机事实上已经放弃了迄今一直在研发的使用氧化石墨烯制作石墨烯片的工艺（参阅本站报道）。同时作为替代方法导入了三星公司等也采用的热cvd法。通过一系列自主改进得到的2层石墨烯片的“导电率将高达ito的几倍，并且能够确保90％的光透射率等，已经达到能够充分满足性能指标的水平”（富士电机）。有待解决的课题是量产性问题。“我们希望再能降低cvd法的工艺温度。同时需要确立该方法中所使用的铜的再利用工艺。另外，还需要确认与太阳能电池半导体层的相容性等”（富士电机）。
石墨烯的应用前景（四）：“新一代蓄电池和氢吸附材料”——梦想已久的大容量大功率即将实现？对于石墨烯，现在正期待着通过与其他材料的混合使用，使多种元件，特别是能源相关元器件的性能实现飞跃性提高。具体的做法有，将石墨烯混合到锂离子充电电池的电极或者有机薄膜太阳能电池的半导体层中，以大幅提高性能。目前这些研究在海内外极为盛行。同时，石墨烯还是氢吸附材料的研究对象。通过混合石墨烯来提高性能这一想法的理论根据，其实并不明确。只是，许多研究人员看好石墨烯比表面积非常大这一点。具体来说，石墨烯比表面积为2600～2700m2/g，每1g单层石墨烯就相当于大约50m见方的薄片。通常对于电池等化学反应发生的表面积和半导体间接合面积越大，材料利用效率就越高的产品而言，没有理由不利用石墨烯这一特点。在p型和n型半导体材料接触面积的大小左右性能的有机薄膜太阳能电池领域，2010年已经有多项据称通过在半导体层中混合使用石墨烯从而大幅提高了转换效率的研究实例。
在快速充电领域大有前景？
对于石墨烯的应用问题，在锂离子充电电池领域，日本的住友电木、美国的国立研究所pnnl（pacific northwest national laboratory）等，也纷纷在进行部分或全部电极材料中利用石墨烯的研究。特别是由于锂离子充电电池的负极在许多情况下采用了石墨，因此比较容易替换为石墨烯，这也是石墨烯备受关注的理由之一。在迄今为止的试制实例中，已有数个报告在不改变锂离子充电电池的大能量密度的前提下提高了输出密度。有预测称“手机的锂离子充电电池在几分钟内便可充满电”（向pnnl提供石墨烯的美国沃贝克材料公司（vorbeck materials））。除了采用纯石墨烯外，意在拥有控制带隙和导电率等其他特定功能而制作的石墨烯“亲戚”也在迅速增多。许多物质已经有了新名称。具体有使石墨烯氧化生成的“氧化石墨烯”、在石墨烯（graphene）中添加氢使之变成像碳化氢一样的“graphane”。添加了氟的“氟化石墨烯（fluoro graphene）”或“grafane”目前已经被美国杜邦公司（dupont）制成了氟化碳树脂“teflon（特富龙）”的2维薄片。 |
