[發(fā)明專利]硫摻雜石墨烯及其制備方法和系統(tǒng)、太陽能電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711115410.0
• 申請(qǐng)日: 2017-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN109775691A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李金來;任秀強(qiáng);趙彥喬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新奧石墨烯技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/184
• 分類號(hào): C01B32/184;H01L31/0224
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發(fā)明公開了一種硫摻雜石墨烯及其制備方法和系統(tǒng)、太陽能電池，所述制備方法包括：(1)將高硫煤進(jìn)行熱解處理，以便得到熱解油氣和含硫半焦；(2)向布置有銅基板的反應(yīng)器中通入還原保護(hù)性氣體，并且對(duì)所述銅基板進(jìn)行預(yù)熱；(3)將所述含硫半焦進(jìn)行催化氣化裂解，以便得到裂解氣；(4)將所述裂解氣供給至步驟(2)中的所述反應(yīng)器中進(jìn)行高溫沉積，然后通入氫氣或惰性氣體對(duì)所述銅基板進(jìn)行降溫冷卻，以便得到硫摻雜石墨烯。該方法采用高硫煤作為前驅(qū)體來制備硫摻雜石墨烯，不僅可以降低石墨烯的制備成本，而且所得硫摻雜石墨烯表面平整，并且將其用于制備太陽能電池的電極時(shí)，可以顯著提高太陽能電池容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種硫摻雜石墨烯及其制備方法和系統(tǒng)、太陽能電池。

背景技術(shù)

石墨烯是由碳原子排列成二維正六邊形蜂窩狀點(diǎn)陣所形成的平面單原子層薄膜材料。由于石墨烯具有突出的導(dǎo)熱性能與力學(xué)性能、高電子遷移率、半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)等一系列性質(zhì)，自2004年首次被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注并掀起了一股研究的熱潮。

石墨烯是由sp2雜化碳原子鍵合，且具有六方點(diǎn)陣蜂窩狀二維結(jié)構(gòu)的單層平面石墨，具有極高的晶體品質(zhì)和電學(xué)性能。作為一種嚴(yán)格的二維晶體材料，石墨烯具有獨(dú)特的物理性能，載流子濃度高達(dá)10¹³cm^-2，遷移率超過20000cm²V^-1s^-1，為晶體管、傳感器等高性能器件的制備提供了材料基礎(chǔ)。

石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當(dāng)施加外力于石墨烯時(shí)，碳原子面會(huì)彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部電子受到的干擾也非常小。石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅，其遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)的好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量，目前一般的電腦芯片以這種方式浪費(fèi)了70-80％的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會(huì)被損耗，這使它具有了非同尋常的優(yōu)良特性。

作為一種零帶隙半導(dǎo)體，石墨烯應(yīng)用于微電子器件的一個(gè)重要前提是其帶隙與載流子濃度可調(diào)，而化學(xué)摻雜是實(shí)現(xiàn)這種調(diào)控的有效手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種硫摻雜石墨烯及其制備方法和系統(tǒng)、太陽能電池，該方法采用高硫煤作為前驅(qū)體來制備硫摻雜石墨烯，不僅可以降低石墨烯的制備成本，而且所得硫摻雜石墨烯表面平整，并且將其用于制備太陽能電池的電極時(shí)，可以顯著提高太陽能電池容量。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備硫摻雜石墨烯的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括：

(1)將高硫煤進(jìn)行熱解處理，以便得到熱解油氣和含硫半焦；

(2)向布置有銅基板的反應(yīng)器中通入還原保護(hù)性氣體，并且對(duì)所述銅基板進(jìn)行預(yù)熱；

(3)將所述含硫半焦進(jìn)行催化氣化裂解，以便得到裂解氣；

(4)將所述裂解氣供給至步驟(2)中的所述反應(yīng)器中進(jìn)行高溫沉積，然后通入氫氣或惰性氣體對(duì)所述銅基板進(jìn)行降溫冷卻，以便得到硫摻雜石墨烯。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備硫摻雜石墨烯的方法采用高硫煤作為前驅(qū)體來制備硫摻雜石墨烯，不僅可以降低石墨烯的制備成本，而且所得硫摻雜石墨烯表面平整，并且將其用于制備太陽能電池的電極時(shí)，可以顯著提高太陽能電池容量。