[发明专利]一种Ag纳米粒子点缀石墨烯复合薄膜材料及制备

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料及制备，尤其是增强光电性能的石墨烯复合薄膜材料，更具体而言是增强光电性能的Ag纳米粒子点缀石墨烯复合薄膜材料及制造工艺。

背景技术

2010年，英国的Nair等发现单层石墨烯能吸收大约2.3%的普通入射光。在少层石墨烯样品中，可以认为每一层都是二维电子气，受临近层的扰动极小，使其在光学上等效为几乎互不作用的单层石墨烯的叠加[1]。2011年，美国麻省理工学院及哈佛大学的研究人员发现，在室温和普通光照射下，石墨烯即可产生电流，这一发现不仅为石墨烯再添新奇特性，更有希望使其在太阳能电池应用领域发挥作用[2]。

实现石墨烯在光伏领域的真正应用还需要解决石墨烯的光电转换效率问题。但是，石墨烯很薄，一般只有几个原子层，所以本身对光的捕捉能力较弱(仅吸收约2.3%入射光)。所以，如何采用一定的陷光措施来提高石墨烯的光吸收能力是提高其光电转换效率最关键的一步，也是当今众多研究工作的核心内容。有课题组将功能化的石墨烯作为电子受体与电子给体聚3-己基噻吩共混制备了体相异质结光伏器件，其在空气条件下光电转化效率可达到1.4%[3，4]。美国南加州大学De Arco的课题组先采用化学气相沉积法制备出较大面积且表面平整的石墨烯，然后将其转移到透明衬底上，构建CVD graphene/PEDOT/CuPc/C₆₀/BCP/Al新型透明可弯曲的有机薄膜太阳能电池，实验显示其有较好的光电转换性能，功率效率约为1.18%[5]。

光与粗糙Ag结构或Ag纳米颗粒等相互作用时，会在这些Ag微纳结构表面产生局域表面等离激元，可以有效地将光束缚在纳尺度，使光与物质发生非常强的相互作用，如局域电场增强效应、极大的光散射和光吸收、光热转换等特性，且这种强相互作用可以通过改变Ag的结构、形状及周围介质环境来加以调控，因而这使得它在高性能光学及光电子器件等领域具有重要的应用前景。例如，研究者发现Ag纳米粒子在能够有效提高薄膜太阳能电池的陷光能力从而能提高其光电转换效率。2012年，有课题组在NaOH溶液中水浴加热AgNO₃和氧化石墨烯(GO)的混合溶液制备出Ag纳米颗粒-还原的氧化石墨烯(AgNPs–Gr)复合材料，接着将其滴涂到导电玻璃(ITO)上，初步探究了AgNPs–Gr修饰电极的光电化学性质，实验显示Ag纳米颗粒能有效提高石墨烯的光电流[6]。

目前，这些工作Ag纳米颗粒-石墨烯复合材料的制备一般都采用化学方法制备，一般来说化学法制备的纳米颗粒量大，易获得大量的复合材料，以提高工作效率，而利用物理气相方法制备纳米颗粒一般来说具有结晶和工艺兼容性好的优势，这类工作从未报道。

参考文献：

[1]Nair R R,Blake P,Grigorenko A N,et al.Fine structure constant defines visual transparency of graphene[J].Science,2008,320(5881):1308-1308.

[2]Song J C W,Rudner M S,Marcus C M,et al.Hot carrier transport and photocurrent response in graphene[J].Nano letters,2011,11(11):4688-4692.

[3]Liu Z,Liu Q,Huang Y,et al.Organic photovoltaic devices based on a novel acceptor material:graphene[J].Advanced Materials,2008,20(20):3924-3930.

[4]Xu Y,Liu Z,Zhang X,et al.A graphene hybrid material covalently functionalized with porphyrin:synthesis and optical limiting property[J].Advanced Materials,2009,21(12):1275-1279.