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Haute densité de puissance spécifique au poids des cellules solaires en silicium amorphe à couche mince sur papier graphène

Résumé

Les cellules solaires flexibles à couche mince avec une densité de puissance spécifique au poids élevée sont fortement souhaitées dans les appareils électroniques portables/portables émergents, les véhicules à énergie solaire, etc. Les substrats métalliques ou plastiques flexibles conventionnels sont rencontrés en surpoids ou en décalage thermique et mécanique avec cinéma. Dans ce travail, nous avons proposé un nouveau substrat pour cellules solaires flexibles à base de papier graphène, qui possède les avantages d'être léger et d'avoir une tolérance à haute température et une grande flexibilité mécanique. Silicium amorphe en couche mince (a -Si:H) des cellules solaires ont été construites sur un tel papier graphène, dont la densité de puissance est 4,5 fois supérieure à celle des substrats plastiques en polyimide. De plus, le a -Les cellules solaires Si:H présentent une flexibilité notable dont les rendements de conversion de puissance montrent peu de dégradation lorsque les cellules solaires sont courbées à un rayon aussi petit que 14 mm pendant plus de 100 fois. L'application de ce substrat flexible unique peut être étendue aux cellules solaires CuInGaSe et CdTe et à d'autres dispositifs à couche mince nécessitant un traitement à haute température.

Introduction

Des cellules solaires à couche mince mécaniquement flexibles et légères peuvent être fixées à des objets à surfaces courbes, ce qui les rend appropriées comme source d'unités d'alimentation électrique pour les appareils électroniques portables/portables et les véhicules aériens sans pilote [1,2,3,4,5]. En combinant des systèmes micro-électromécaniques (MEMS) et la technologie de fabrication solaire en silicium cristallin en vrac, des cellules solaires en silicium cristallin de plusieurs micromètres d'épaisseur ont été démontrées avec une excellente flexibilité [6]. Alternativement, des cellules solaires flexibles peuvent également être réalisées en déposant des couches absorbantes avec d'autres couches fonctionnelles sur des substrats étrangers tels que des feuilles métalliques [7,8,9,10] ou en plastique [11,12,13,14].

En raison de la stabilité thermique et du coefficient de dilatation thermique (CTE) supérieurs, les feuilles métalliques sont largement utilisées comme substrats pour les cellules solaires flexibles [7, 8, 15, 16, 17]. Les plastiques possèdent une meilleure flexibilité ainsi que des caractéristiques de légèreté. Cependant, ils ont généralement une faible température de fusion/ramollissement, ce qui limite la température de traitement des cellules solaires (telles que le séléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS)) qui sont généralement réalisées à haute température [18,19,20]. Le CTE élevé des plastiques peut également induire l'accumulation de contraintes et de déformations dans les films minces et entraîner une défaillance du dispositif ou une dégradation rapide des performances. Parmi les substrats en plastique, le polyimide (PI) a une contrainte d'élasticité plus élevée et une densité plus faible (1,4  g/cm 3 vs 7,9 g/cm 3 en acier inoxydable) [21, 22]. Cependant, le processus du cycle thermique induira une accumulation de contraintes et de déformations en raison des grands écarts de coefficient de dilatation thermique (CTE) entre les matériaux PI (12–40 10 −6 /K) [23, 24] et d'autres couches inorganiques, entraînant des fissures macroscopiques et une dégradation des performances [11, 25]. Le papier de cellulose avait également été utilisé pour fabriquer des cellules solaires a-S:H, dont les performances les plus faibles étaient également probablement principalement dues à l'inadéquation de la dilatation thermique entre le substrat et les couches actives [26]. Nos travaux récents ont indiqué que la construction de nanotextures sur des substrats PI peut efficacement améliorer l'adhérence globale entre les films au sommet et le substrat et simultanément libérer la contrainte/la contrainte thermique interne [11, 13]. Cependant, un compromis entre la conformité mécanique, les performances et la robustesse des cellules photovoltaïques flexibles reste toujours un défi majeur.

Le graphène, avec de nombreuses propriétés uniques telles qu'une résistance élevée et une conductivité électrique et thermique [27,28,29,30], a été largement utilisé dans une variété de dispositifs fonctionnels [31,32,33,34]. Récemment, des chercheurs ont proposé une méthode qui permet de faire croître par épitaxie des matériaux de haute qualité et de les transférer sur des substrats étrangers à l'aide de graphène monocouche [35]. Cependant, cette technologie de transfert nécessite une manipulation soigneuse et des processus complexes, ce qui prend du temps et n'est pas compatible avec les stratégies de production à grande échelle.

En tant que dérivé du graphène, les papiers au graphène ont été démontrés par l'assemblage en phase solution, le dépôt électrophorétique et le dépôt chimique en phase vapeur [27]. Les excellentes caractéristiques de tolérance à haute température, de faible CTE et de flexibilité mécanique en feraient un substrat idéal pour l'électronique flexible, en particulier, qui subira des processus à haute température [36, 37]. Parmi ces recherches, les cellules solaires à couche mince sur papier graphène ont été rarement signalées. Dans ce travail, nous avons démontré le silicium amorphe à couche mince flexible (a -Si:H) des cellules solaires sur des papiers de graphène lisses qui ont été obtenues par une méthode de filtration utilisant un filtre d'oxyde d'aluminium anodique (AAO) poreux. L'appareil présente une densité de puissance spécifique au poids distincte de 8,31 kW/kg, ce qui est 415 et 4,5 fois plus élevé que les rapports précédents sur les substrats en verre et PI, respectivement [13, 38]. De plus, les substrats confèrent aux dispositifs une capacité de pliage exceptionnelle dont l'efficacité de conversion ne montre qu'une faible dégradation après 100 cycles de pliage avec un rayon aussi petit que 14 mm. À notre connaissance, il s'agit de la première démonstration de cellules solaires à couche mince sur un substrat de papier de graphène. Bien que a -Si:H est utilisé comme matériau modèle dans ce travail avec une température de traitement globale inférieure à 250 ° C, les substrats en papier de graphène peuvent être étendus à d'autres (opto-)électroniques flexibles, particulièrement adaptés aux dispositifs nécessitant un traitement à haute température.

Matériaux et méthodes

Préparation de papiers graphène

Les papiers de graphène ont été fabriqués par une procédure d'assemblage en phase solution en utilisant une filtration sous vide [27]. La membrane de filtration est un modèle AAO à pores traversants préparé par nous-mêmes en utilisant la procédure illustrée schématiquement à la Fig. 1. Les feuilles d'aluminium brut (pureté à 99,999 %) avec des dimensions typiques de 70 mm × 60 mm × 0,3 mm ont été électropolies dans un mélange de acide perchlorique et éthanol (1:3 en volume) après nettoyage par ultrasons dans de l'acétone, de l'éthanol et de l'eau déminéralisée. Après électropolissage, un processus d'anodisation a été réalisé dans de l'acide oxalique 0,3 M sous un potentiel constant de 60 V à une température constante de 5 °C pendant 24 h (Fig. 1a). Un film de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) en tant que revêtement protecteur a d'abord été appliqué sur une face de la feuille d'aluminium anodisée double face (Fig. 1b). La feuille d'Al a été immergée dans 1 M de NaOH pour dissoudre l'AAO sur la face arrière et obtenir la feuille d'Al anodisée d'un côté (Fig. 1c). Et puis, il a été immergé dans un mélange contenant 100 ml HCl, 3,7 g CuCl2 ·2H2 O, et 100 ml d'eau déminéralisée pour éliminer le substrat d'aluminium restant et obtenir le film AAO supporté par du PMMA (Fig. 1d). Afin de fabriquer des membranes AAO à trous traversants, la couche barrière d'alumine au fond des pores a été gravée chimiquement dans 5 % en poids de H3 Bon de commande4 solution à 53 °C pendant 10 min (Fig. 1e). Après gravure dans de l'acide acétique glacial, le film protecteur de PMMA a été retiré, résultant en une membrane AAO autoportante à trous traversants. Enfin, afin d'augmenter la capacité de filtration de la membrane AAO, celle-ci a été placée dans 5 wt% H3 Bon de commande4 solution pendant 20 min à 53 °C pour un processus d'ouverture des pores. Le filtre AAO à pores traversants obtenu était un film blanc et lisse en forme de feuille, comme le montre la figure 1 f.

Les processus de fabrication de la membrane filtrante AAO à pores traversants. (un ) L'AAO double face tel qu'obtenu sur le foil Al. (b ) Enduction par centrifugation d'un film mince de PMMA sur une face. (c ) Gravure AAO au verso. (d ) Retrait de la feuille d'aluminium. (e ) Dissoudre la couche barrière dans l'AAO. (f) Retrait du PMMA dans l'acide acétique glacial et obtention d'une membrane filtrante AAO à pores traversants

Les procédures de fabrication de la cellule solaire à base de papier graphène sont illustrées schématiquement sur la figure 2. Tout d'abord, 175  mg de bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB) en tant que stabilisant ont été dissous dans 500  ml d'eau déminéralisée. Ensuite, 250  mg de feuille d'oxyde de graphène réduit (Shanghai SIMBATT Energy Technology Co., Ltd.) ont été dispersés dans la solution aqueuse de CTAB (Fig. 2a). Après cela, la solution de mélange a été successivement dispersée par un nettoyeur à ultrasons et un perturbateur de cellules pendant 1 h, respectivement (Fig. 2b). Après avoir été au repos pendant 12 h, la solution de graphène a été centrifugée à 4 500 tr/min pendant 20 min pour précipiter les grosses particules (Fig. 2c) et laisser le surnageant avec des flocons de graphène bien dispersés (Fig. 2d). À titre de comparaison, le papier de graphène a également été fabriqué en utilisant la solution de graphène d'origine sans le processus centrifuge. Le papier de graphène a ensuite été obtenu par filtration sous vide (- 0,4 bar) des solutions sur la membrane traversante AAO (Fig. 2f). La pression négative a été maintenue pour s'assurer que le film de graphène était toujours en contact étroit avec le filtre AAO pendant le processus de séchage. Après le processus de séchage, le papier graphène peut être facilement décollé du filtre AAO qui peut être réutilisé (Fig. 2g). Les papiers de graphène qui sont définis comme GP-1 (avec le processus centrifuge) et GP-2 (sans le processus centrifuge). Sur la base des mêmes procédés de filtration sous vide, de séchage et de séparation, le troisième échantillon, nommé GP-3, a également été préparé. Le GP-3 a été obtenu en ajoutant une petite quantité de nanotubes de carbone (CNT) à 10 % en poids (10–20 nm de diamètre, 5–15 μm de longueur, Shenzhen Nanotech Port Co., Ltd) dans le surnageant (Fig. 2e). Des traitements de post-recuit à 400°C pendant 1 h sous atmosphère d'argon ont également été effectués sur tous les papiers graphène afin d'éliminer le solvant résiduel et le tensioactif.

Procédures de fabrication de la cellule solaire à base de papier graphène. (un ) Ajout de feuille d'oxyde de graphène réduit dans la solution aqueuse de bromure de cétyltriméthylammonium. (b ) Dispersion de la solution de mélange. (c ) Centrifugation de la solution de graphène. (d ) Collection du surnageant avec des flocons de graphène bien dispersés. (e ) Ajout de nanotubes de carbone au surnageant. (f ) Filtration sous vide des solutions sur la membrane d'oxyde d'aluminium anodique à trou traversant pour obtenir du papier graphène sur le filtre d'oxyde d'aluminium anodique. (g ) Séparation du papier graphène du filtre à oxyde d'aluminium anodique après séchage. (h ) les cellules solaires a-Si:H fabriquées sur le substrat de papier de graphène font preuve d'une excellente flexibilité en s'enroulant autour de la tige de verre

Préparation du film mince a -Si:H Cellules Solaires

La fabrication de couches minces a -Les cellules solaires Si:H commencent par la pulvérisation d'une couche d'Ag de 100 nm sur les substrats en papier de graphène, qui sert de réflecteur arrière. A 30 nm Al2 O3 Une couche de ZnO dopé (AZO) en tant que couche d'espacement a ensuite été déposée par pulvérisation cathodique magnétron radiofréquence (RF) d'une cible en céramique AZO à 2 % en poids (pureté 99,99 %) à 250 °C. Par la suite, le n -i -p a -Les couches de Si:H ont été déposées dans un système de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma à plusieurs chambres (PECVD) sous 250 °C. Le n , i et p Les couches de type avaient respectivement 30, 280 et 10 nm d'épaisseur. Après pulvérisation cathodique d'un film mince d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) de 80 nm, les grilles d'Ag ont été évaporées thermiquement en tant qu'électrode supérieure à l'aide d'un masque de contact (Fig. 2h) [6, 22]. A titre de comparaison, les cellules solaires ont également été fabriquées sur un substrat de verre (1 mm d'épaisseur, CSG Holding Co., Ltd.) selon le même procédé. Autres détails de la préparation de a -Les cellules solaires Si:H peuvent être trouvées dans nos publications précédentes [7, 10, 11, 13, 39].

Caractérisation

Les morphologies de surface ont été caractérisées au microscope électronique à balayage (MEB) Hitachi S4800. Tous les courants densité-tension (J-V ) courbes de couches minces a -Les cellules solaires Si:H ont été réalisées sous 25°C à l'aide d'un simulateur solaire à lampe Xe (Newport, 94063A-1000, 100 mW/cm 2 ) couplé à un filtre global de masse d'air 1,5 (AM 1,5 G), et les mesures d'efficacité quantique externe (EQE) ont été caractérisées par un système commercial de réponse spectrale (PV Measurement Inc. QEX10). La stabilité thermique du substrat en papier de graphène a été contrôlée par gravimétrie thermique (TG) sur un instrument TG (SDTA851 Switzerland-Mettler Toledo) de la température ambiante jusqu'à 1000 °C à une vitesse de chauffage de 10 °K/min. La fiabilité des cellules solaires sous plusieurs cycles de pliage a été réalisée avec une configuration de pliage automatique construite à la maison [7, 11, 13].

Résultats et discussion

Les figures 3 a et b montrent les images SEM de surface et en coupe transversale des membranes AAO, respectivement. La taille des trous distribués réguliers et uniformes est d'environ 100  nm de diamètre. Les parois latérales de l'AAO sont lisses, ce qui est un avantage pour la filtration de la solution de graphène. Lorsque le temps de gravure est de 10 min, il y a une barrière résiduelle Al au bas de la membrane AAO, comme le montre la figure 3c, conduisant à une taille de trou d'environ 50  nm de diamètre qui est plus petite que celle de la face avant. En prolongeant le temps de gravure à 20 min, la couche d'oxyde barrière sera complètement supprimée, ce qui entraînera des trous de 100 nm de diamètre, identiques à ceux de la face avant. Ensuite, cette membrane à trous traversants AAO avec un temps de gravure de 20 minutes est utilisée pour la filtration de la solution de graphène.

Images SEM de a la surface, b vue en coupe de la membrane AAO et vue de dessous de la membrane AAO après gravure de la couche barrière d'Al pour c 10 min, d 20 min

La figure 4 montre les images SEM et les photographies des papiers graphène GP-1 et GP-2. On voit que le GP-1 (Fig. 4a) a une surface rugueuse microscopique, qui peut être causée par la feuille de graphène de grande taille et les amas de graphène. Ces caractéristiques microscopiques se traduisent par une surface ridée macroscopique comme le montre la figure 4c. En raison de la construction de surface rugueuse, des trous d'épingle et des fissures peuvent être facilement formés lors du dépôt de couche mince suivant. Par conséquent, les performances élevées de l'appareil peuvent difficilement être obtenues sur le substrat de papier graphène GP-1.

un , c Images SEM et b , d images d'appareil photo numérique de (a, b) GP-1 et (b, d) GP-2

La microstructure de surface et la photographie correspondante de GP-2 sur les Fig. 4 b et d indiquent que l'élimination de la précipitation de l'amas de graphène est utile pour obtenir une surface lisse. Malheureusement, bien que le lissé du substrat GP-2 ait été amélioré, la résistance mécanique du GP-2 n'est pas suffisante pour résister à l'expérience de flexion. Après s'être plié plusieurs fois, a -La cellule solaire Si:H sur le substrat GP-2 sera fissurée.

Pour améliorer encore la résistance mécanique des papiers de graphène, des NTC sont ajoutés au surnageant de la solution de graphène. Les NTC, servant de squelette de maillage, supporteraient la feuille de graphène et entraîneraient à leur tour une meilleure résistance mécanique. Les résultats de l'expérience de pliage démontrent que a -Les cellules solaires Si:H sur substrat GP-3 ont une excellente flexibilité qui sera discutée plus tard. Outre la résistance mécanique améliorée, il a également été constaté que les NTC peuvent réduire efficacement la rugosité de surface dans laquelle la surface de morphologie assez lisse peut être clairement observée, comme le montrent les images SEM des Fig. 5a et b. La surface lisse du papier de graphène doit être attribuée à une couche de squelette de maille composée de nanotubes de carbone car le graphène pourrait l'enfermer [40]. Cette rugosité nanométrique est hautement compatible avec les processus de cellules solaires suivants en ce qui concerne les couches minces uniformes et de haute qualité.

un , b Images SEM du substrat de papier graphène GP-3 avec différents grossissements. c Les résultats TGA des papiers de graphène GP-3 avec (GP-3A) et sans (GP-3N) traitement post-recuit

La stabilité thermique des papiers GP-3 est étudiée par analyse thermo-gravimétrique (TGA) en fonction du processus de recuit (Fig. 5c), où les papiers sans et avec traitement thermique (400 °C, 1 h, atmosphère d'argon) sont désignés respectivement par GP-3N et GP-3A. Un pic d'apesanteur évident en dessous de 200°C pour le papier GP-3N indique la déshydratation de l'eau cristallisée, qui s'accompagne d'une perte de masse de 12,46 %. Au fur et à mesure que la température augmente, le papier GP-3N continue de perdre de sa masse. A 700°C, une perte supplémentaire de 23,98 % peut être observée, probablement due à la pyrolyse de groupes fonctionnels oxygénés instables [41]. Pour l'échantillon qui a subi un processus de post-recuit (GP-3A), le pic endothermique correspondant et la perte de poids peuvent être à peine détectés en dessous de 200 °C. De plus, le GP-3A est thermiquement stable jusqu'à 700 °C avec seulement 0,08 % de perte de poids. Ces résultats impliquent que l'humidité et les groupes fonctionnels oxygène thermiquement labiles ont été efficacement éliminés pendant le traitement de recuit [42].

En raison de l'amélioration de la durabilité mécanique et de la rugosité de surface, les papiers GP-3A sont choisis comme substrats pour la fabrication de a - Cellules solaires Si:H. Son épaisseur et son poids sont respectivement de 53 μm et 5,73 mg. Le dispositif déposé sur un substrat de verre rigide est également fabriqué à titre de référence. La figure 6a montre le courant densité-tension (J-V ) caractéristiques des dispositifs sur substrats GP-3A et verre mesurées sous irradiation AM 1,5-G. Un rendement de conversion de puissance (PCE) de 5,86% est obtenu sur le substrat GP-3A, avec une tension en circuit ouvert (V OC ) de 0,87 V, un courant de court-circuit (J SC ) de 11,96 mA/cm 2 , et un facteur de remplissage (FF ) de 0,57. Par rapport à l'appareil sur substrat de verre, le J sc est amélioré de 17 %, ce qui est encore confirmé par les mesures EQE (Fig. 6b). Le substrat GP-3A offre une amélioration de la réponse spectrale à large bande, en particulier dans la plage des grandes longueurs d'onde au-dessus de 600  nm.

un J -V courbes et b Mesures EQE de a -Dispositifs Si:H basés sur le GP-3 et des substrats en verre

La réponse spectrale améliorée peut être attribuée aux petites rides sur le papier au graphène, qui augmentent le chemin optique effectif en diffusant la lumière à grande longueur d'onde au bas de l'appareil. Cependant, les défauts de surface peuvent induire des canaux de dérivation pour le courant qui se traduit par la diminution de V OC et FF . De plus, le gaz piégé dans le papier de graphène peut subir des contraintes induisant une expansion sur les couches de contact, ce qui pourrait également être responsable de la diminution de V OC et FF . Par conséquent, bien que le photocourant de l'appareil sur GP-3A augmente considérablement, l'efficacité de conversion d'énergie finale n'est pas considérablement améliorée par rapport à celle des cellules solaires sur substrat de verre.

Comme l'épaisseur de a -Les cellules solaires Si:H ne mesurent que quelques centaines de nanomètres, les substrats domineront le poids et l'épaisseur des dispositifs ultimes. Dans ce travail, nous avons démontré des cellules solaires flexibles sur des papiers de graphène qui sont beaucoup plus légers que les substrats conventionnels en verre et en plastique. Ici, nous comparons davantage la densité de puissance spécifique au poids (P W ) de dispositifs sur différents substrats. Le P W est défini comme le rapport de la puissance de sortie sous irradiation solaire standard (spectre global AM 1.5 avec 1000 W m −2 intensité) à la masse de la cellule solaire par unité de surface telle qu'exprimée par l'équation suivante :

$$ {P}_{\mathrm{W}}=\left(1000\ \mathrm{W}{\mathrm{m}}^{-2}\times \mathrm{PCE}\right)/{m} _{\mathrm{d}} $$ (1)

où le m d est la masse de la cellule solaire par unité de surface.

Par rapport aux dispositifs déposés sur le substrat de verre, l'épaisseur et le poids des cellules solaires sur des papiers de graphène sont respectivement réduits d'environ 20 fois et d'environ 350 fois. Pendant ce temps, la densité de puissance atteint jusqu'à 8,31 kW/kg, ce qui est 415 fois supérieur à celui de son homologue. Dans nos précédents travaux, a -Les cellules solaires Si:H ont été fabriquées avec succès sur les substrats flexibles PI à motifs [13]. Le dispositif GP-3A a une efficacité de conversion d'énergie inférieure à celle des dispositifs sur substrats PI en raison de l'absence de réflecteurs rétro-périodiques sur substrat GP-3A, tandis que les cellules solaires sur le poids des papiers graphène ne représentent que 15 % du substrat PI. Par conséquent, la densité de puissance du dispositif GP-3A est 4,52 fois supérieure à celle du substrat PI à motifs. Et les détails des paramètres caractéristiques de a -Les cellules solaires Si:H basées sur GP-3A et les substrats homologues sont résumés dans le tableau 1.

Le papier graphène, qui possède une flexibilité supérieure, est léger et a une tolérance aux températures élevées, devrait être un choix alternatif pour l'application d'appareils portables. La figure 7a montre une image des dispositifs réels obtenus sur un papier au graphène. Afin d'évaluer la durabilité des dispositifs à base de papier de graphène lors d'un fonctionnement flexible, les cellules solaires sont ensuite encapsulées par du polydiméthylsiloxane (PDMS) et ses contacts électriques ont été réalisés par des fils de cuivre. La figure 7b montre le J-V mesuré courbes du a -Appareils Si:H après encapsulation. Malheureusement, l'efficacité de conversion d'énergie de l'appareil a été réduite de 5,86 à 4,14 % après l'encapsulation. Cela peut être dû au fait que les électrodes en fil de cuivre génèrent une résistance de contact supplémentaire et endommagent légèrement l'appareil. Ainsi, des stratégies d'encapsulation élaborées seraient développées pour de tels dispositifs ultra-légers à base de GP dans des travaux futurs. Après encapsulation, le J-V les courbes sous divers angles de flexion sont caractérisées avec une configuration maison [7]. Les performances flexibles sont évaluées en fonction du rayon de courbure et du cycle de courbure [7, 8, 13]. La figure 7c indique que les cellules du GP-3A peuvent supporter les tests de flexion manuels avec un rayon jusqu'à 14 mm et maintenir une pleine fonction. De plus, la fiabilité de la cellule solaire GP-3A sous flexion répétée (rayon = 14 mm) est caractérisée comme présenté sur la figure 7d, tandis que le dispositif conservait encore plus de 92% de l'efficacité initiale après 100 cycles de flexion. La flexibilité et la stabilité exceptionnelles pourraient principalement bénéficier du papier graphène ultrafin, ainsi que de la résistance mécanique plus élevée du papier graphène modifié par les NTC.

un Une photographie du a - Cellules solaires Si:H sur le GP-3A. b Un J-V courbes de a -Dispositifs Si:H basés sur le substrat GP-3A après encapsulation. c J -V courbes d'un appareil sur substrat GP-3A sous différents angles de courbure. d Efficacité relative en fonction des cycles de pliage. Les encarts en c et d représentent une illustration de la définition de l'angle de pliage et d'un dispositif plié monté sur la configuration de mesure, respectivement

Conclusion

Dans ce travail, nous avons développé un substrat de papier de graphène amélioré par des nanotubes de carbone qui offre une stabilité thermique plus élevée, est léger et présente une excellente flexibilité mécanique par rapport aux substrats flexibles traditionnels. Le a -Les cellules solaires Si:H basées sur des papiers de graphène ont été obtenues avec succès avec de meilleurs photocourants et des efficacités de conversion d'énergie comparatives (5,86%) par rapport à leurs homologues sur des substrats en verre plat. L'épaisseur et le poids des cellules solaires sur papier graphène sont respectivement réduits de ~ 20 et ~ 350 fois. Pendant ce temps, la densité de puissance atteint 8,31  W/g, ce qui est 415 fois supérieur à celui des homologues. De plus, les dispositifs à base de papier graphène ont présenté d'excellentes performances avec une baisse marginale même après 100 cycles de pliage sous un rayon de 14 mm en raison de l'épaisseur ultrafine et de l'excellente flexibilité mécanique des substrats en papier graphène. Bien que les travaux aient été menés sur a -Matériau Si:H, notre schéma proposé peut être étendu à d'autres systèmes matériels qui peuvent conduire à une nouvelle ère de dispositifs optoélectroniques flexibles.

Disponibilité des données et des matériaux

Les ensembles de données générés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès des auteurs correspondants sur demande raisonnable.

Abréviations

AAO :

Oxyde d'aluminium anodique

a -Si:H :

Silicium amorphe

AZO :

Al2 O3 -ZnO dopé

CIGS :

Séléniure de cuivre indium gallium

CNT :

Nanotubes de carbone

CTAB :

Bromure de cétyltriméthylammonium

CTE :

Coefficient de dilatation thermique

EQE :

Efficacité quantique externe

FF :

Facteur de remplissage

GP :

Papier graphène

ITO :

Oxyde d'indium-étain

J SC :

Courant de court-circuit

MEMS :

Systèmes micro-électromécaniques

PCE :

Efficacité de conversion de puissance

PECVD :

Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma

IP :

Polyimide

P W :

Densité de puissance spécifique au poids

RF :

Fréquence radio

SEM :

Microscope électronique à balayage

TGA :

Analyse thermo-gravimétrique

V OC :

Tension en circuit ouvert


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