[发明专利]硫掺杂石墨烯及其制备方法和系统、太阳能电池

说明书

本发明公开了一种硫掺杂石墨烯及其制备方法和系统、太阳能电池，所述制备方法包括：(1)将高硫煤进行热解处理，以便得到热解油气和含硫半焦；(2)向布置有铜基板的反应器中通入还原保护性气体，并且对所述铜基板进行预热；(3)将所述含硫半焦进行催化气化裂解，以便得到裂解气；(4)将所述裂解气供给至步骤(2)中的所述反应器中进行高温沉积，然后通入氢气或惰性气体对所述铜基板进行降温冷却，以便得到硫掺杂石墨烯。该方法采用高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，不仅可以降低石墨烯的制备成本，而且所得硫掺杂石墨烯表面平整，并且将其用于制备太阳能电池的电极时，可以显著提高太阳能电池容量。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体而言，本发明涉及一种硫掺杂石墨烯及其制备方法和系统、太阳能电池。

背景技术

石墨烯是由碳原子排列成二维正六边形蜂窝状点阵所形成的平面单原子层薄膜材料。由于石墨烯具有突出的导热性能与力学性能、高电子迁移率、半整数量子霍尔效应等一系列性质，自2004年首次被发现以来，石墨烯引起了科学家的广泛关注并掀起了一股研究的热潮。

石墨烯是由sp2杂化碳原子键合，且具有六方点阵蜂窝状二维结构的单层平面石墨，具有极高的晶体品质和电学性能。作为一种严格的二维晶体材料，石墨烯具有独特的物理性能，载流子浓度高达10¹³cm^-2，迁移率超过20000cm²V^-1s^-1，为晶体管、传感器等高性能器件的制备提供了材料基础。

石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜，其远没有石墨烯表现的好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70-80％的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非同寻常的优良特性。

作为一种零带隙半导体，石墨烯应用于微电子器件的一个重要前提是其带隙与载流子浓度可调，而化学掺杂是实现这种调控的有效手段。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种硫掺杂石墨烯及其制备方法和系统、太阳能电池，该方法采用高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，不仅可以降低石墨烯的制备成本，而且所得硫掺杂石墨烯表面平整，并且将其用于制备太阳能电池的电极时，可以显著提高太阳能电池容量。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备硫掺杂石墨烯的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将高硫煤进行热解处理，以便得到热解油气和含硫半焦；

(2)向布置有铜基板的反应器中通入还原保护性气体，并且对所述铜基板进行预热；

(3)将所述含硫半焦进行催化气化裂解，以便得到裂解气；

(4)将所述裂解气供给至步骤(2)中的所述反应器中进行高温沉积，然后通入氢气或惰性气体对所述铜基板进行降温冷却，以便得到硫掺杂石墨烯。

根据本发明实施例的制备硫掺杂石墨烯的方法采用高硫煤作为前驱体来制备硫掺杂石墨烯，不仅可以降低石墨烯的制备成本，而且所得硫掺杂石墨烯表面平整，并且将其用于制备太阳能电池的电极时，可以显著提高太阳能电池容量。