导读 一种制造大片高质量、原子级薄石墨烯的新方法可能会导致超轻、灵活的太阳能电池，以及新型发光器件和其他薄膜电子产品麻省理工学院开发的新

一种制造大片高质量、原子级薄石墨烯的新方法可能会导致超轻、灵活的太阳能电池，以及新型发光器件和其他薄膜电子产品麻省理工学院开发的新制造工艺应该相对容易扩大到工业生产，涉及中间“缓冲”材料层，这是该技术成功的关键。该缓冲器允许将厚度不到一纳米(十亿分之一米)的超薄石墨烯片轻松从其基板上剥离，从而实现快速的卷对卷制造。

麻省理工学院博士后 Giovanni Azzellino 和 Mahdi Tavakoli昨天在Advanced Functional Materials上发表的一篇论文详细介绍了该过程。Jing Kong、Tomas Palacios 和 Markus Buehler 教授;和麻省理工学院的其他五个人。

寻找一种方法来制造在露天稳定的薄、大面积、透明的电极是近年来薄膜电子产品的主要追求，用于光电子设备的各种应用 - 要么发光的东西，如计算机和智能手机屏幕，或者像太阳能电池一样收获它。如今，此类应用的标准是氧化铟锡 (ITO)，这是一种基于稀有且昂贵的化学元素的材料。

许多研究小组一直致力于寻找 ITO 的替代品，重点研究有机和无机候选材料。石墨烯是一种纯碳的形式，其原子以扁平的六边形阵列排列，具有极好的电气和机械性能，但它非常薄，物理上具有柔韧性，并且由丰富且廉价的材料制成。此外，正如 Kong 的团队所证明的那样，它可以通过化学气相沉积 (CVD) 以大片的形式轻松生长，使用铜作为种子层。然而，对于设备应用，最棘手的部分是找到从其原生铜基板上释放 CVD 生长石墨烯的方法。

这种被称为石墨烯转移过程的释放往往会导致片材中出现撕裂、褶皱和缺陷，这会破坏薄膜的连续性，从而大大降低其导电性。但是有了新技术，Azzellino 说，“现在我们能够可靠地制造大面积石墨烯片，将它们转移到我们想要的任何基材上，而且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。 ”

关键是缓冲层，由称为聚对二甲苯的聚合物材料制成，在原子水平上与部署它的石墨烯片一致。与石墨烯一样，聚对二甲苯是通过 CVD 生产的，这简化了制造过程和可扩展性。

作为这项技术的演示，该团队制作了概念验证太阳能电池，采用薄膜聚合物太阳能电池材料，以及用于电池两个电极之一的新形成的石墨烯层，以及也用作聚对二甲苯层的聚对二甲苯层。作为器件基板。他们测量了石墨烯薄膜在可见光下的透光率接近 90%。

与基于 ITO 的最先进设备相比，基于石墨烯的原型太阳能电池的单位重量传输功率提高了大约 36 倍。它还使用透明电极每单位面积材料量的 1/200。而且，与 ITO 相比，还有一个更基本的优势：“石墨烯几乎免费提供，”Azzellino 说。

“基于超轻量石墨烯的设备可以为新一代应用铺平道路，”他说。“因此，如果您考虑便携式设备，单位重量的功率将成为一个非常重要的品质因数。如果我们可以在您的平板电脑上部署一个能够为平板电脑本身供电的透明太阳能电池会怎样?” 他说，虽然需要进一步的发展，但这种新方法最终应该是可行的。

缓冲材料聚对二甲苯广泛用于微电子行业，通常用于封装和保护电子设备。因此，使用这种材料的供应链和设备已经很普遍，Azzellino 说。在现有的三种聚对二甲苯中，该团队的测试表明，其中一种含有更多氯原子，迄今为止对这种应用最有效。

当层夹在一起时，富含氯的聚对二甲苯与底层石墨烯的原子接近性提供了进一步的优势，通过为石墨烯提供一种“掺杂”，最终为大面积石墨烯的导电性提高提供了一种更可靠和非破坏性的方法，不同于到目前为止已经测试和报告的许多其他。

“石墨烯和聚对二甲苯薄膜总是面对面的，”Azzellino 说。“所以基本上，兴奋剂行为总是存在的，因此优势是永久性的。”