石墨烯太陽(yáng)能電池能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)化

石墨烯已被吹捧用于多種高科技應(yīng)用，但迄今為止僅在幾個(gè)不同領(lǐng)域取得了商業(yè)進(jìn)展。這些領(lǐng)域之一是太陽(yáng)能電池。

石墨烯在太陽(yáng)能電池中有很大的潛力，它是一個(gè)可以利用其許多特性來(lái)產(chǎn)生良好效果的領(lǐng)域。在過(guò)去的幾年里，有幾種商業(yè)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，今年最新的一個(gè)針對(duì)海洋領(lǐng)域。

石墨烯太陽(yáng)能電池的商業(yè)吸引力

石墨烯具有一系列有益的特性，包括高度的柔韌性和拉伸強(qiáng)度、高導(dǎo)電性和電荷載流子遷移率、高熱穩(wěn)定性、幾乎 100% 的光學(xué)透明度和摻雜能力。

盡管石墨烯通常是零帶隙材料（即完全導(dǎo)電），但仍有一些衍生物在本質(zhì)上是半導(dǎo)體的 純石墨烯片也可以摻雜一系列原子以使其成為半導(dǎo)體材料——這使得它們成為半導(dǎo)體材料適用于光伏結(jié)。

然而，石墨烯的使用不僅僅集中在結(jié)上。石墨烯最廣泛使用的領(lǐng)域之一，也是最具商業(yè)潛力的領(lǐng)域之一，是利用其導(dǎo)電特性替代太陽(yáng)能電池中使用的透明電極中的氧化銦錫。除此之外，石墨烯還有可能用作非反射涂層，以改善其他類型太陽(yáng)能電池的光吸收。

除了石墨烯表現(xiàn)出的電學(xué)特性外，從商業(yè)角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)特性也同樣有趣，因此有太陽(yáng)能電池進(jìn)入市場(chǎng)。包含石墨烯的太陽(yáng)能電池在生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)承受較小的熱應(yīng)力，與正常情況相比，電池中形成的微裂紋更少。

一旦投入使用，與更傳統(tǒng)的材料相比，石墨烯的機(jī)械性能和穩(wěn)定性意味著太陽(yáng)能電池的降解可能更少，使用壽命更長(zhǎng)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看具有更好的成本效益。

石墨烯的調(diào)整和定制能力，連同它的各種其他特性，使一系列太陽(yáng)能電池能夠在學(xué)術(shù)和工業(yè)層面上被創(chuàng)造出來(lái)，以適應(yīng)許多應(yīng)用。石墨烯固有的薄度和柔韌性也為更柔韌、可印刷和透明的太陽(yáng)能電池打開了大門。

雖然這些更具“異國(guó)情調(diào)”的太陽(yáng)能電池在學(xué)術(shù)層面上仍然更多見，但還有其他石墨烯增強(qiáng)型太陽(yáng)能電池已經(jīng)上市，其他一些目前正在進(jìn)行廣泛的試驗(yàn)。

石墨烯太陽(yáng)能電池的商業(yè)應(yīng)用

盡管有很多希望，但石墨烯太陽(yáng)能電池的商業(yè)開發(fā)仍僅限于學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室或尚未完全準(zhǔn)備好進(jìn)行試驗(yàn)。然而，在過(guò)去幾年中出現(xiàn)了一些顯著的商業(yè)發(fā)展，這導(dǎo)致石墨烯太陽(yáng)能電池被用于實(shí)際應(yīng)用。

第一個(gè)顯著的商業(yè)發(fā)展來(lái)自于 2018 年歷史悠久的中國(guó)公司 ZNShine，當(dāng)時(shí)他們直接與印度最大的發(fā)電設(shè)備制造商 Bharat Heavy Electricals Limited 合作，解決印度太陽(yáng)能電池農(nóng)場(chǎng)積塵的問(wèn)題。

就 ZNShine 的太陽(yáng)能電池而言，石墨烯被用于太陽(yáng)面板頂部的涂層中，以提供更好的光性能，并使表面自清潔，因此在多塵的環(huán)境中不需要定期和廣泛的維護(hù)。ZNShine 此后繼續(xù)向市場(chǎng)提供許多不同的太陽(yáng)能電池設(shè)備，所有這些設(shè)備都使用石墨烯涂層來(lái)提高其太陽(yáng)能電池技術(shù)的功率轉(zhuǎn)換效率。

過(guò)去幾年的第二大發(fā)展是 Freevolt 將石墨烯太陽(yáng)能電池推向住宅市場(chǎng)。太陽(yáng)能電池技術(shù)權(quán)利也被 S2A Modular 買斷，用于自給自足的家庭。

這些太陽(yáng)能電池利用石墨烯作為電池頂部的透明電極，從而使電池不僅可以利用石墨烯所具有的優(yōu)異導(dǎo)電性能（提高效率），還可以利用其結(jié)構(gòu)性能。由于它是在表面附近集成的，它最大限度地減少了太陽(yáng)能電池的表面退化，減少了熱和其他外部環(huán)境因素對(duì)電池的影響，提高了電池的使用壽命。

海洋應(yīng)用的新方法

展望最近的商業(yè)化努力，得益于總部位于英國(guó)的 Grafmarine 公司，石墨烯太陽(yáng)能電池在 2022 年一直瞄準(zhǔn)海洋領(lǐng)域。這些被稱為“NanoDeck”的新型石墨烯太陽(yáng)能電池板將用于為船舶提供動(dòng)力，并被設(shè)計(jì)為適用于海洋環(huán)境，那里的條件通常與住宅環(huán)境不同（而且通常更惡劣）。

太陽(yáng)能電池旨在解決全球航運(yùn)業(yè)產(chǎn)生的高碳排放問(wèn)題。Grafmarine 開發(fā)的 NanoDeck 是模塊化的，因此它們可以安裝在任何船舶的表面。NanoDeck 使用復(fù)合材料形式的石墨烯以及結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電能力，因?yàn)槭?fù)合材料不僅構(gòu)成光伏技術(shù)的一部分，而且結(jié)構(gòu)特性有助于太陽(yáng)能電池承受海上惡劣環(huán)境。

在這個(gè)階段，目前只有原型可用，但最近宣布下一階段的試驗(yàn)將在威爾士海岸開始，以測(cè)試石墨烯增強(qiáng)型 NanoDeck 的真正商業(yè)潛力和效率，以及模塊化系統(tǒng)如何相互配合。這些試驗(yàn)?zāi)壳罢谂c海洋能源工程卓越中心聯(lián)合進(jìn)行，以提高太陽(yáng)能電池板的技術(shù)準(zhǔn)備水平。

盡管 Grafmarine 的解決方案仍處于原型階段，但在幫助減少長(zhǎng)途船舶排放的排放方面仍有很大潛力。如果測(cè)試成功，還有人說(shuō)這些模塊化系統(tǒng)適用于風(fēng)力渦輪機(jī)、船塢和為酒店供電。

與之前出現(xiàn)的其他石墨烯太陽(yáng)能電池技術(shù)（例如專注于太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)或住宅市場(chǎng)的技術(shù)）相比，這些商業(yè)市場(chǎng)非常多樣化，顯示出對(duì)石墨烯在不同高科技市場(chǎng)的興趣正在增長(zhǎng)。

我們已經(jīng)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)看到了石墨烯太陽(yáng)能電池商業(yè)化的合理改進(jìn)。隨著對(duì)石墨烯產(chǎn)品和合作項(xiàng)目的更多投資和合作，這些產(chǎn)品可能不會(huì)在幾年內(nèi)成為市場(chǎng)上唯一的商業(yè)產(chǎn)品，我們甚至可能會(huì)看到更多市場(chǎng)開放。