想象這(zhè)樣(yàng)一些場景：未來，無論是窗戶和牆壁，還(hái)是手機和筆記本電腦，太陽能(néng)電池無處不在。麻省理工學(xué)院（MIT）電子工程和計算機科學(xué)系教授孔靜（音譯），近日利用石墨烯研發(fā)的可彎曲透明太陽能(néng)電池，就(jiù)讓這(zhè)一夢想中的場景離現實更近了一步。這(zhè)種(zhǒng)太陽能(néng)電池無需單獨安裝，可集成(chéng)到手機和電腦屏幕内，有望大幅降低這(zhè)些電子産品的制造成(chéng)本。

石墨烯“臨危受命”

近10年來，研究人員一直在研發(fā)各種(zhǒng)透明的有機太陽能(néng)電池，并取得重大進(jìn)展。這(zhè)些電池與矽基太陽能(néng)電池相比，具有多項優勢：制造工藝簡單，成(chéng)本便宜，輕便易彎曲，容易運送到沒(méi)有電網的偏遠地區。但這(zhè)些研究面(miàn)臨著(zhe)一個長(cháng)期難以解決的難題：找不到集導電性和光學(xué)透明性于一身的合适電極材料。

目前，最廣泛使用的材料是铟錫氧化物（ITO），這(zhè)種(zhǒng)材料導電性和透明性都(dōu)符合要求，但太硬，彎曲時容易折斷碎裂，而且，铟是一種(zhǒng)稀有金屬，用來生産太陽能(néng)電池成(chéng)本過(guò)高。

石墨烯層成(chéng)爲替代ITO的最佳選擇。這(zhè)種(zhǒng)用随處可見的碳制成(chéng)的材料，不僅導電性高、可彎曲和透明，而且做成(chéng)的電極隻有1個納米厚，更符合超薄有機太陽能(néng)電池的需求。

新工藝克服瓶頸

但兩(liǎng)大瓶頸始終制約著(zhe)石墨烯電極在太陽能(néng)電池的普及。第一個瓶頸是石墨烯兩(liǎng)個電極難以沉積到太陽能(néng)電池上。大多數太陽能(néng)電池闆都(dōu)是玻璃或塑料，當把其中一個石墨烯電極（底層電極）直接沉積時，需要水溶液和加熱，導緻另一個頂層電極沉積工藝特别複雜。孔靜表示：“兩(liǎng)層石墨烯電極之間的空穴運輸層（HTL）易溶解，因此對(duì)水和熱特别敏感，如此一來，其他研究團隊往往將(jiāng)頂層電極用ITO代替，隻在底層使用石墨烯電極。”

石墨烯電極的另一瓶頸是，頂層電極和底層電極必須承擔不同的工作性能(néng)，實現這(zhè)一點非常不容易。

孔靜教授帶領其實驗室團隊研發(fā)出的特定工藝，卻能(néng)一次性解決這(zhè)兩(liǎng)大瓶頸。他們使用銅箔、聚合物層、矽膠和一層乙烯—醋酸乙烯酯（EVA），不僅成(chéng)功將(jiāng)兩(liǎng)層石墨烯電極沉積到太陽能(néng)闆上，而且能(néng)改變頂層石墨烯電極的工作性能(néng)，使其與底層石墨烯的性能(néng)完全不同，确保了電流順暢。

透明度迄今最高

爲了檢測石墨烯電極是否實用，孔靜團隊利用學(xué)校另一個實驗室的太陽能(néng)電池闆，將(jiāng)石墨烯電極、ITO電極和鋁電極分别集成(chéng)到玻璃闆上，比較了三種(zhǒng)電極的太陽能(néng)轉換效率。測試結果發(fā)現，石墨烯電極和ITO電極的轉換效率相當；鋁電極的轉換效率最高。孔靜解釋道(dào)，這(zhè)是因爲鋁電極能(néng)將(jiāng)部分太陽光反射回電池闆，可吸收更多的太陽能(néng)，因此效率最高。

他們對(duì)用兩(liǎng)層石墨烯電極制成(chéng)的太陽能(néng)電池進(jìn)行透明度檢測發(fā)現，其光學(xué)透明度達到61%，最高值有69%，在目前透明太陽能(néng)電池中最高。

孔靜表示，他們的石墨烯太陽能(néng)電池能(néng)鋪展到任何表面(miàn)，不管這(zhè)個表面(miàn)的軟硬和透明程度如何。他們還(hái)用透明塑料、不透明紙和半透明膠帶分别做底闆，將(jiāng)雙層石墨烯電極沉積其上制成(chéng)太陽能(néng)電池，發(fā)現三者轉換效率相當，略低于玻璃爲底闆的太陽能(néng)電池轉換效率。這(zhè)意味著(zhe)，石墨烯太陽能(néng)電池未來用途非常廣泛，無論是牆壁和玻璃，還(hái)是手機和電腦，石墨烯電池都(dōu)可以鋪展在上面(miàn)，提供所需電能(néng)。

雖然目前石墨烯電池的轉換效率隻有4%，但根據孔靜團隊的理論計算，在不降低透明度的情況下，石墨烯太陽能(néng)電池的轉換效率可提高到10%，提升空間很大，這(zhè)也是他們下一步的研究重點。