年份 發行量 (47) 文章編號：()4G07 砷化鎵太陽能電池板碳電極研究進展？ ) 摘要：砷化鎵太陽能電池板因其成本低廉、制作工藝相對簡單、光電轉換效率高等優點而備受關注。 為了在更高光電轉換效率的基礎上進一步提高其成本，研究人員用碳代替貴金屬作為電池的對電極，在不使用昂貴的空穴傳輸層的情況下將光電轉換效率從1提高到2。 根據碳電極在砷化鎵太陽能電池中的應用，介紹了碳電極的導電機理、成分結構、制備方法和應用技術，并對其應用前景進行了展望。 關鍵詞：碳電極； 砷化鎵； 太陽能電池板 ssn. .2016.10.008 [17]的光電轉換效率在鈣鈦礦中也達到了6.64%。 0 在太陽能電池板中，使用碳電極代替電極作為電池陰極。 PtAu太陽能是世界上最豐富的清潔能源。 高效率的研究年使用碳電極作為對電極來使用混合陽離子。

2014年，低成本太陽能電池板是解決全球能源消耗減少問題的重要途徑。 亞型砷化鎵材料x-5-[(5-AVA)是x替代碘鉛的重要途徑。 甲胺制備空。 。 3NH3-(MA)1-PbI3](3)，替代染料作為光敏劑，得到帶有空穴傳輸層的氮化物太陽能電池板的光電轉換效率，自電池PbI3的光電轉換效率，，自液體王明奎等人[18]將有機金屬鹵化物率提高到3.8%和G12.84%。 2015年，砷化鎵材料具有直接帶隙[2]和較大的吸收系數[3]，可供對電極在碳電極和微孔層之間插入、、、高自旋遷移率[4]。 基于有機金屬鹵化物和空間層獲得的鈣、NiO、15.03%化合物砷化鎵的光電轉換效率的太陽能電池板已成為重要的研究熱點，而鈦礦太陽能電池板[19-20]年內這些低-成本結構。 3、砷化鎵太陽能電池板通常以砷化鎵太陽能電池板陽極導電玻璃的光電轉換效率迅速提高為標志。

()、N型電子傳輸層，包括致密層和微孔層、氮化物吸收層、碳電極在砷化鎵太陽能電池板中具有巨大的應用潛力()、。 當處于相同的電池結構時，空穴傳輸層和貴金屬對電極由鈣鈦P(Au)型空穴傳輸層和陰極組成。 當陽光射出時，砷化鎵層會形成電子-空穴對。 與目前以碳電極為對電極的電池相比，電子空穴太陽能電池板通過電子傳輸層到達陽極，電子通過空穴傳輸層到達陽極，陰極效率相對較高，有待進一步提高。本文進行了改進。 最后通過外部電路產生閉環，對砷化鎵的導電機理、成分、結構、制備和應用技術進行了綜述。 ,,,,。 太陽能電池實驗室小面積器件的光電轉換效率從碳電極的導電機制每年下降到.8%~.1%[5-13]。 它在光伏行業具有巨大的潛在應用價值，但價格昂貴。 金碳電極的導電機理相對復雜。 現有的傳導機制是，。 屬于或充當對電極的氮化物太陽能電池不僅是在非導電聚合物作為粘合劑（AuPt）的基礎上開發的，而且貴金屬材料的成本相對較高，并且需要真空蒸發等高煤炭消耗。 通常可分為導電環路理論和環路產生后的自旋轉移理論，這兩個方面的空穴傳輸理論需要以高成本的工藝制備對電極，而空穴傳輸理論則需要高成本的工藝來制備對電極。導電環主要是研究導電環。

層數促進鈣鈦礦太陽能電池成本大幅增加[14]因此，填料與復合體系電導率的關系指的是填料分散在晶界處。 ，，尋找價格低廉、性能穩定的材料來代替貴金屬作為導電填料，實現一定工藝條件下的電接觸和導電，電極具有重要的實際應用價值是的。 。 K． 它具有結構多樣性、物理穩定性和豐富的表面物理特性等。[21]提出了導電高分子復合材料的熱力學理論。 這一理論、等特點[15]表明碳材料在地幔中富集且價格低廉。 樹脂和導電填料顆粒之間的界面效應是影響膜層的導電性能。 同時，碳的費米基態是取代貴金屬電極的最重要原因。 碳電極是Au，，，碳材料產生導電回路的最佳選擇[16]之間？ 形成網絡結構，進行網絡鏈管理。 。 2013年，韓宏偉等人。 首次使用碳電極作為電池對理論[22]并證實了導電網絡理論。

， F。 制備沒有空穴傳輸層的氮化物太陽能電池板。 專家組[23]利用凝膠理論很好地解釋了導電涂料的需求。 ()終稿收到日期：收到修訂86和修訂3的日期：2015年AA通03新聞46作者：金迎霞劉慶菊，：，作者簡介：江西2西，女，山東荊州，二讀01 、碩士6G0、5G1老師6程劉慶菊院士從事光電E材料Gm材料@ynu的研究。 edu． cn(1990-),,,,,. 江西西等人砷化鎵太陽能電池板碳電極的研究進展：在一定濕度下烘烤使其干燥，可產生導電電路的發射電壓并導電。 一般實際材料的傳導機制。 ，其原因是導電填料含量高時這三種機制共同作用的結果[22]。 。 電路形成后的自旋遷移理論主要是探討當導電率較低、外加電流較小、導電顆粒之間的寬度為比較大。 此時，隧道效應機制出現的概率較小。 主要有滲透理論[24]，也稱為傳導通道理論。 當導電填料濃度較高時，自旋轉移理論滲流發射機制發揮重要作用。

“；理論上，聚合物部件中添加導電填料后，總有可能部分帶電粒子之間的寬度較小，從而產生支鏈傳導通道”，只有導電粒子才能相互接觸以實現導電。產生電子鏈，穿過鏈的電子越大，傳導通道機制的作用π越明顯。 中國聯通形成傳導量子隧道效應理論如那些。 “”，碳電極的組成和制備，孤立的顆粒或小聚集體彼此非常接近，中間僅由兩層薄薄的樹脂層隔開，使得受熱沖擊激活的電子可以穿過碳電極。 碳電極由碳涂層制成。 刮涂膜在一定濕度下燒成，樹脂界面層產生的勢壘過渡到相鄰的導電顆粒，形成結。 因此，碳電極的成分由碳涂層的成分決定。 產生較大隧道電壓的場發射理論表明，導電碳涂層是由碳材料和液體粘合劑組成的機制。 “”，當粒子之間的內部電場很強時，電子將有很高的概率飛過混合物的粘稠涂料。 為了提高涂料的性能，有時會加入樹脂界面層的阻隔層，對相鄰的導電顆粒形成阻隔。 電場引起的一些涂層[27]碳涂層各部分的成分和功能見表。 ,1. 表面碳涂層各部分的組成及功能 11 各組分的組成及功能 參考文獻 碳材料 導電炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管、石墨烯 控制碳涂層的導電機理 [] [] 3529 無機粘結劑； 玻璃粉、金屬氧化物，保證薄膜與基材之間的粘合硬度[][]礦物油、離子液體、有機聚合物等三種有機粘結劑的混合物以及薄膜的數學和物理性能3641揮發性溶劑：單糖、萜烯及其衍生物控制涂料和有機載體的流變性能[][]非揮發性成分：纖維素和丙烯酸對基材的初始附著力2842 碳材料通過弱鍵連接2.1。 石墨層之間的碳材料的結構和熱性能導致原子容易滑動，因此石墨具有良好的導電性和金2.1.1。

近三六年來，研究人員探索并獲得了從剛玉到強熱性能介孔結構、sp3、從零維到三維不同同素異形結構存在的多種多面體結構及其材料性能往往需要通過摻雜或者可以使其具有良好的、、BN，包括碳量子點、碳納米火鍋、石墨烯、金剛石富勒烯、導電性，富勒烯最典型的結構有類石墨、、、、、。 C60、白碳、無定形碳等，由于碳材料的石墨化程度不同，其雜化軌道在常溫常壓下不導電。 ,Sp2,,它們具有易于加工的特點并且可以以不同的方式存在。 從具有超導特性的粉末可以得知，不同的碳同素異形體，（18K.，末端為纖維，碳材料的導電性能取決于其微觀結構形狀，對于用作碳電極的材料所需具有不同的優勢）。 、、、表面熱處理摻雜和介孔軌道分布等[15]例如，具有良好的電荷傳輸特性和構建網絡結構的能力。 。 石墨中的碳原子是介孔原子并形成圓形碳材料。 碳材料的熱性能如表sp2,,2所示。 原子逐層 該原子層為石墨烯石墨的內層和層，表各種碳材料性能比較 22 碳材料體積密度/??-3 表面寬度/內電阻率/??-1 參考 Ωcm ,a-5 []HOPG-.263.3544×1015，c[]HOPG-.1715無序石墨-3[]1.83.351×1015石墨烯-5[]5×1029碳纖維()-4[]1.83.45~20 ×1015 炭黑[]1.3~2.03.550.0515 熱解光刻膠膜[]0. 摻雜金剛石[]B0.05~0.515 摻雜無定形碳[]N10~ 短多壁碳納米管-3[]1.6×1029 長多壁壁碳納米管-4[]2×1029單壁碳納米管-5[]4。 5×1029 發行卷 (47) 涂層中碳材料的組合為氧化物有機共聚物聚丙烯腈石墨烯等。 2.1.2 TiO2作為碳涂層的主要成分一般具有介質固定的孔道混合而制備的碳電極比單一碳材料sp2制備的要好，并且軌道中的碳材料保證了電極良好的導電性，其熱性能表明不僅是碳材料本身的導電涂層sp3。

，具有介孔軌道的碳材料具有良好的空間網絡結構，可以防止碳的其他部分對碳電極的性能產生較大的影響。 材料團聚 石墨在傳統碳涂料中充當碳材料的粘合劑。 ，2.2主體部分[25]，特別是當石墨與其他物質按一定比例混合時，傳統的碳漿包括碳材料和液體粘結劑兩部分，大多如等人制備碳涂料時那樣。 [17]。 所選用的導電炭黑和副粘結劑的主要作用是連接碳材料顆粒。 漢，，，列出石墨比例作為制備的碳電極時，導電性較好，與碳材料一起決定碳涂層的性能。 。 等人。 Lee等[29]采用了不同類型的碳納米管和石墨烯納米片以及無機粘合劑。 對于碳材料，通過酸處理碳材料和脲基有機粘合劑，2--4[1H]2.2.1吡啶酮可以生成多個官能團，以防止碳材料干擾。 范子等人。 [30]使用三溴丁烷作為碳涂層的液體（UHP）4，德瓦爾斯迫使團聚以獲得可以與電極競爭的碳粘合劑。 從那時起，越來越多的有機粘合劑被應用于碳涂層、Pt、電極和碳納米管。 與其他添加劑如納米線金如表所示。

銀，，3。 表 有機粘結劑類型 33 der 粘結劑類型 材料參考 烴類混合物 石蠟油、熊果苷 [][] 2731 硅油（脂） 苯基硅油、甲苯基硅油 [][] 3231 醋酸乙腈、三溴丁烷、多氟衍生物[] []3032 脂肪烴丙酮、辛烷、癸烷、十二烷、十六烷、異三烷 []32 芳香族化合物苯、萘、菲、三苯、二苯醚 []32 有機聚酯醋酸乙酯、鄰苯二甲酸辛酯 []32 熱塑性樹脂熱固性乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯酯 [] [] 3335 熱塑性橡膠 苯乙烯、烯烴 二烯烴、二烯、聚氨酯等熱塑性彈性體[]33 離子液體 丁基羥基吡啶六氟乙酸、正己基苯基吡啶六氟乙酸[][] 其中，非導電礦物油如石蠟油、硅油等。其穩定、穩定的物理惰性和良好的附著力常用于傳統碳涂料的制備[31]，但其在鈣鈦礦太陽能電池中的應用更為明顯。 缺點一方面，礦物油的成分不固定，涉及到：不同煉油和油處理工藝的激勵因素不確定，這會對太陽能電池板的測量和分析產生不可預測的影響； 另一方面，硅油和石蠟油不導電，會降低碳電極的方阻，提高電池的轉換效率，因此通常都是導電的。

，圖()()中/有機聚合物更有利作為碳涂層1aT--CPE0.5[()]/砷化鎵太陽能電池板溶液，[37]36粘合劑和其他導電聚合物萜類衍生物+0.1 [C]l。 使用/掃描圖36的循環伏安圖作為粘合劑，以碳納米管作為碳材料制成的碳電極優選為，()()應用于儲能裝置。 孟慶波等. /[()]36烯酯作為粘結劑成功制備了良好的碳電極并獲得了0.5[N]+,, //36 GaAs太陽能電池板，轉換效率為0..53%。 、無機粘結劑離子液體因其具有良好的熱物理性能而被用作液體粘結劑2.2.2在電子涂料中，粘結劑一般選用濁度強、電物理窗口寬的氧化物晶體玻璃。 優點如，，，，或兩者的混合物和其他無機粘合劑如臺玻璃一樣，4。

廣泛應用于電化學 李建紅等。 [36]比較了碳涂層與主要用作感光材料和場發射領域的礦物粘合劑。 ，以油為基料和離子液體的傳統碳涂層為J。[38]以玻璃粉和旋涂玻璃為(T-CPE)H。以Park(SOG)為基料的碳涂層的電物理性能為如圖所示，具有更好的分散性和粘結性，更容易生產均勻的陰離子IL-CPET-CPE。 IL-CPET-CPE 含量較高表明離子液體比礦物油更適合碳涂層的極性層。 然而，目前電池中使用的是使用玻璃粉作為粘合劑的碳涂層。 然而，很少有報道主要報道使用氧化物納米粒子作為粘合劑，但尚未看到將應用于氮化物的應用。 IL-CPE中的相關報道，太陽能電池板的對電極是顏料敏化太陽能電池板中的粘合劑和氮化物的碳涂層。 蔣西西等人砷化鎵太陽能電池板碳電極研究進展：在太陽能電池板中的應用。 無機粘結劑類型表 44 粘結劑類型 主要材料參考 鉛玻璃:,, PbO--B2O3--ZnO-B2O3-SiO2 鉍復合玻璃:,, -B2O3--B2O3--ZnO-SiO2 玻璃粉, []-B2O3- O3-SiO2- 硬脂酸鹽玻璃:,, BaO-B2O3--B2O3-SiO2--B2O3--RO 鋅玻璃:,, ZnO-B2O3--BaO-- B2O3--SiO2 金屬氧化物等納米粒子,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, TiO2具有較強的范德華力，所得轉換效率的顏料敏化太陽能電池板容易團聚，往往需要添加增塑劑來制備高濃度6.67%。

，明等人。 [40]使用納米粒子或表面活性劑和分散劑等作為粘合劑以獲得可收縮碳涂層[29]其中表面，，，。 ，碳電極顏料敏化太陽能電池板漢紅活化劑的主要作用是將有機載體充分潤濕至固體顆粒的7.33%。 Wei等[14]使用納米顆粒作為粘合劑獲得光電轉換，常用的非離子表面活性劑如[44]有時也使用ZrO2、X-100，高效率GaAs太陽能電池板的碳電極也用于說明陰離子將使用12.84%的陽離子表面活性劑[45]。 以RSO3-和CTAB金屬氧化物為粘結劑制備的碳電極具有表面活性劑[46]和分散劑的作用，提高導電顆粒的粘附力。 砷化鎵太陽能電池板對電極的發展趨勢粘合劑體系中的分散體目前主要是甲基吡咯烷。 、N-有機載體酮[47]離子液體[44]等用于碳涂料。 據悉，為了控制2.3。 有機載體是溶解在有機溶劑中的聚合物堿液。 它是燒成過程中容易出現的二次流動現象。 需要添加到澆鑄劑中。 碳材料和粘結劑顆粒的載體起到控制涂料流變性的作用。 需要添加對苯二甲酸、糠酸等，以提高涂料的溶脹性能，，；，調節涂料粘度的特性，使固體碳材料粘結到粘結劑中，如膨潤土鈣將硅酸鹽細分離的膠體碳化硅或、、、、、、劑等功能性固體顆粒混合物分散到具有流體特性的方解石等中，以保證彩印后介質涂層形成的孔隙；涂層可以很容易地轉移到基材上，產生所需的圖形[28]絕緣性能也需要添加增稠劑[28，42]，，。

,. 載體主要包括有機溶劑和添加劑。 為了改善涂料的性能，涂料中會添加一些有機溶劑。 簡單介紹一下添加劑和增塑劑以及涂料兩個方面。 2.3. 溶劑和助劑 2.3.1 有機溶劑含量約為有機載體總質量的65%。 它應該是一種相對粘稠的液體。 它能否提供能溶解98%有機溶劑的極性官能團？ 沸點較高，室溫下揮發性低[42] 最常見的有機溶劑是萜品醇、萜品醇和異丙酯。 ,,酒精,鄰苯二甲酸酯,二甲苯丁基卡必醇,乙酰香豆素,檸檬酸,三圖,不同電極顏料敏化太陽能電池板的光電轉換效率,,,2[]乙酯等一般用于調節有機載體的揮發性常選擇混合比為48。，助溶劑為有機溶劑羅世勇等。 [43]實驗表明，在甲基上。 ，Fig2-[es]-纖維素萜品醇體系可以通過添加高揮發性丙酮或控制丁基卡必醇醋香豆素和萜品醇的相對濃度來控制。 如圖所示，在碳漆中添加0.1mLX-100時，通過對苯二乙酸二甲苯的濃度來調節有機載體0.1mLX-100-100顏料敏化太陽能電池板在不同水溫下添加時的揮發性，從而控制涂料的成分。 膜的質量轉換效率低于顏料活性炭對電極的質量轉換效率。

5.65%，增塑劑的作用是增加涂料的粘度和可塑性，固體敏化太陽能電池板高并達到電極的顏料敏感性。 46.5%的Pt顆粒用于防止顆粒的團聚、團聚和沉淀，并給予與不添加相比，95.4%的涂料適用于太陽能電池板。 100的流變特性使得固體顆粒在涂料彩印干燥后粘合到純混合碳對電極上。 改性混合碳對電極,,,,100一起具有一定的硬度[42]如果碳涂層的粘度太高則碳膜分布更均勻并且具有比對電極更小的分形維數。 ,,,碳電極膜內部連接性差，膜容易脫落，導致碳電極