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1、碳材料的光伏应用摘要：碳基光伏电池，一种新型的太阳能电池，凭借其独特的结构和广阔的应用前景而备受关注。本文回顾了碳材料在光伏电池中多种应用，包括碳/硅异质结太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池。讨论了碳材料在光伏电池中所发挥的作用，并对全碳太阳能电池的可行性进行了展望。关键词：碳材料；光伏；太阳能电池0 引言具有宏观尺寸的碳基异质结器件（如光伏电池）因其独特的性能和应用前景而备受关注。尽管多种材料都已被报道可以用于制备异质结太阳能电池，但目前只有硅材料具有线。基于硅和化合物半导体材料的器件在现有太阳能电池应用中占主体
2、地位。然而，这些电池仍然价格不菲，不适合民用。同时，硅基电池的性能在长期光照条件下会有衰减，限制了其使用寿命和稳定性。因此，亟需开发出一种新型的、清洁和低成本的能源材料来研发新一代光伏电池。在可替换材料中，碳具有与硅类似的性质，且高度稳定。碳是一种神奇的元素，它可以形成多种稳定的形态，从绝缘的金刚石到半导体的非晶类金刚石膜（a-C）2，再到金属（或半金属）的石墨（或石墨烯3），导体/半导体的富勒烯（如C604）和碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）5，都表现出众多有趣的光电子的和物化特性。最近，研究人员还发现了碳在能量传输和储存方面的具有潜在的应用价值6。本文探讨了不同种类
3、的碳材料在光伏太阳能电池中的应用，并且回顾了碳材料在异质结太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池等多种光伏电池中的应用。同时讨论了碳材料在光伏电池中所发挥的作用，最后展望了全碳材料在今后光伏研究中的应用前景。1 碳的光伏特性本小节从光伏材料的特性及其在光电子器件中的应用出发对四种典型的碳材料进行简述。1.1 类金刚石膜（a-C）具有金刚石结构的a-C 膜可看作是一种无定形膜，含有大量sp3 杂化碳原子，硬度高。根据沉积条件，a-C 膜可呈完全非晶态或由金刚石晶粒构成。原始a-C 膜的光电导较低并具有弱p 型半导体行为。但由于沉积工艺简便，仍然有可能做为光电材料。掺杂磷、氮可得到n 型膜
4、7，掺杂硼可得到p 型膜8，进一步同硅构成a-C/Si 异质结。另外，a-C 膜还可以做为保护性的抗反射膜用在普通硅电池上来提高转换效率。1.2 富勒烯自从发现了导电聚合物和富勒烯之间的超高速的光生电子传输效应9，C60 已经成为有机太阳能电池中应用最多的电子受体和传输材料。一般来说，光电材料需要具有一个直接能隙，以使电子能够在没有声子介入的情况下在价带和导带之间跃迁。理论和实验上都表明C60 晶体是具有直接能隙的n 型半导体。密排的面心立方结构使其具有极高的电子迁移率10。单晶C60 还可以用来减少光敏层的厚度，从而提高有机太阳能电池的转换效率。1.3 碳纳米管碳纳米管是一维纳米圆筒柱结构。
5、根据其多变的手性（碳环的排列方式），碳纳米管可以呈半导体性或金属性。半导体碳纳米管通常表现出p 型特征。将碳纳米管和电子施体结合可以制成太阳能电池。与C60 一样，碳纳米管也被尝试加入共轭聚合物中形成有机光伏器件。由于其一维的导电性质，单壁碳纳米管的区域态密度具有均衡对称的空间结构。所有的能带之间都有一个直接能隙，并且与管径成反比。金属碳纳米管的能隙为0 eV，半导体碳纳米管的能隙在0.5 eV 附近。对于单根碳纳米管，多条能带横跨一个能量范围，都有可能参与到光电子发生过程。如果将不同直径和手性的碳纳米管结合，由于具有不同的能隙，就很可能获得一个连续的宽波段范围的响应。更重要的是，基于碳纳米管
6、的异质结还具有优异的电学、热学和力学性能11。光生电子/空穴对能够在外加电压、肖特基势垒和p-n 结处的内建电场、缺陷等处被分离，从而产生光电流和（或）光电压。异质结处的光电流反应出能带之间的跃迁以及红外、可见光和紫外区域的多峰位光子辅助隧道效应。除了单根碳纳米管外，管束12和薄膜13同样可以产生光电流。基于碳纳米管的窗口层和背电极也是太阳能电池中的一类重要应用。碳纳米管透明导电薄膜由于良好的面间导电性而用来收集电流。通过合理选择薄膜的厚度，即可在保证面间导电率的同时，提升薄膜的透光性。碳纳米管薄膜已经逐渐成为传统导电薄膜（如氧化铟锡、掺氟氧化锡和硫化镉等）的替代材料之一。1.4 石墨烯石墨烯
7、指单原子层的石墨层片（有时也将少数层石墨片统称为石墨烯）。单层石墨烯高度透明，仅吸收2.3%的可见光14。同碳纳米管类似，石墨烯具有优异的导电性和力学强度。由氧化还原法制备的石墨烯薄膜（厚约10nm）的电导率约为550S/cm（多晶石墨为1250S/cm）15，在10003000 波段内的透过率超过70%。锯齿型和扶手椅型的石墨烯纳米条带呈现出不同的电子传输特性。锯齿型石墨烯条带通常为金属型；而扶手椅型石墨烯条带则可能为金属或半导体，其能隙与条带宽度成反比。例如，15 nm 宽的石墨烯条带的能隙约为0.2 eV。在SiC 基底上外延生长的石墨烯薄膜的能隙为0.26 eV16。这些特性表明石墨烯
8、在未来光电子器件中有潜在的应用。2 碳/硅太阳能电池p-n 结是一种简单的利用光照获得电流的结构，是目前大多数光电器件中的关键部分。通过掺杂（比如硼或者磷）能够获得p 型或n 型硅。利用单晶硅制造的太阳能电池具有较高的转换效率（实验室中可达25%，实际生产中达15%）。尽管许多替代材料都具有取代硅的潜力，但硅仍然是太阳能光伏器件中应用最广泛的材料。2.1 a-C/Si最早被用于代替硅的碳基半导体材料是a-C。a-C 的半导体特性可控，使其能够吸收宽波段范围内的光波17。通过控制掺杂浓度或结构（如sp3/sp2 杂化结构的比例，a-C 颗粒尺寸），可将其能隙在0.2-3eV 之间变换。诸多报道涉
9、及利用a-C/Si 异质结来构建光伏器件和太阳能电池，相关技术包括化学气相沉积（CVD）、离子注入、脉冲激光沉积（PLD）、磁控溅射、真空沉积和真空电弧。碳源多采用甲烷、乙炔、樟脑、2,5-二甲基-p-苯醌和石墨。例如，Yu等人采用p 型a-C 薄膜与n 型硅构成异质结，具有良好的电流-电压（I-V）整流效应18。在15mW/cm2 的模拟太阳光照射下，太阳能电池的填充因子为0.65，转换效率达到6.45%。通过对异质结进行分析，发现在硅的一侧形成了厚约1.1 m 的耗尽层。对能带图的详细分析表明，a-C/n-Si 结是一个异质结而非一个肖特基结。与此项研究类似，通过电弧等离子CVD技术制备了
10、掺B 的p-C 与n-Si 的异质结19。由此构成的太阳能电池在AM1.5（100mW/cm2）模拟太阳光照射下的转换效率达到7.9%，开路电压为0.58V，短路电流为32.5mA/cm2。以上结果是碳基太阳能电池走向实际应用的初步尝试。2.2 CNTs/Si最近，CNTs/Si 异质结同样被广泛研究。多壁碳纳米管（MWNTs）同高掺p 型Si 可构成具有整流I-V 特性的异质结，同低掺p 型Si 则仅构成欧姆接触。单壁碳纳米管（SWNTs）薄膜可同硅构成肖特基结，在高偏压下显示出较强的光电流。利用自组装纳米多孔模板技术制备的垂直排列的CNTs/Si 异质结同样表现出整流特性。这些异质结密排阵
11、列可以被用作红外线探测器。利用双壁碳纳米管（DWNTs）薄膜的透明导电特性，DWNTs/n-Si 异质结太阳能电池近期被广泛研究20,21。初步测验表明，在AM1.5 条件下，电池的转换效率可达57%。除硅以外，CNTs 还可以与n-GaAs 结合构成整流异质结22。在绿色激光或台灯的照射下，该电池的转换效率可达3.8%。2.3 石墨烯/Si石墨烯是一种典型的半金属，功函数约为4.8 eV，当与功函数低于该值的n 型半导体结合时，即可形成肖特基结。采用CVD 法制备出石墨烯薄膜，与n 型单晶硅结合构成了石墨烯/硅肖特基结，并进一步组装成太阳能电池，获得约1.6%的光电转换效率23。在该电池结构
12、中，石墨烯既能够与硅形成异质结，又能有效传输载流子，并可作为电池的透明电极。石墨烯还可以同非晶碳或碳纳米管形成复合薄膜24,25，显示出一定的光电转换性能。以上研究结果表明，碳硅结构是一种具有应用于光伏器件的潜力，也显示出在保证一定转换效率前提下，在太阳能电池中减少甚至完全消除传统硅层的可能性。3 有机太阳能电池有机（聚合物基）太阳能电池的优点是柔韧性好，生产成本仅为硅电池的三分之一，可回收利用，并且可以在分子层面上进行设计。最近的研究集中在提高效率，开发高质量保护层以减少环境的影响。3.1 碳在有机太阳能电池中的应用在施体-受体类型的有机太阳能电池中，最重要的材料是P3OT，P3HT 和富勒
13、烯衍生物PCBM26。然而，PCBM 虽然可形成薄膜状结构，且具有高电子迁移率，但其价格昂贵。目前，针对碳基有机太阳能电池的研究主要致力于开发低成本，轻型，更加柔韧的设备。两种典型的碳材料，富勒烯（如C60）和碳纳米管，都已被用来与 共轭的聚合物相结合来制造光敏材料。众所周知，C60 是一种强电子受体，电荷分离效果好。而半导体碳纳米管则可以代替C60 来构成异质结。碳纳米管的功函数在4.55.1 eV 之间，接近P3OT/P3HT 的价带。因此，在碳纳米管/聚合物界面，内建电场会促进光生载流子的分离，使空穴和电子的传输更为有效。尽管如此，由于实际存在的碳纳米管是金属型和半导体型的混合物，理论预
14、测，异质结都是与金属型碳纳米管接触形成的，因此光电效果并不明显。最近的研究进展表明共轭聚合物和C60/SWNTs 的复合材料是一种典型的有机半导体材料。使用MEH-PPVpoly(2-methoxyl-5-2(-ethylhexyoxyl-1,4-phenylenevinylene)作为电子施体，HN-C60 作为电子受体的太阳能电池，光电效率可达1.6%，优于基于PCBM 的电池性能27。在P3HT-CNT 复合结构和C60 层组成的异质结中，CNTs 用于分离光生载流子并传输空穴，增强了载流子的迁移率。在宏观异质结光伏电池中，C60-SWNT 复合结构可作为光吸收层的一部分，充分利用了C6
15、0 的电子接受特性以及SWNTs 的高电子传输能力。基于C60 修饰的MWNTs/P3OT 的太阳能电池的Jsc，Voc，FF 和 分别为1.68mA/cm2，0.245V，27%和0.11%28。其中，C60 提供了大比表面积用于光生载流子的分离和电子的有效传输，MWNTs则提供了有效的空穴传输。另外，实验表明即使在没有C60 存在的情况下，SWNTs 也是优秀的电子传输者。Al/聚合物-SWNT/ITO 二极管的Voc 为0.70.9V。Jsc 也可增加两个数量级。由于光生电子在聚合物/SWNT 界面的输运，FF 也从0.3 增加到了0.4。基于P3OT/SWNTs结构的电池的开路电压可高
16、达0.98V29。在基于P3OT/掺氮MWNTs 的电池中，CNTs 同样可以用来提高载流子迁移率以使电荷能够更加有效的移动。最好的结果来自基于ITO/PEDOT:PSS/P3OT-CNx-官能化MWNTs/LiF/Al 结构的电池，其Voc（高达1V）和Jsc 都有显着的提升30。CNT 薄膜还被广泛应用于有机太阳能电池中，作为窗口层电极或背电极。例如，同单一的ITO 或MWNT 电极比较，MWNT 薄膜与ITO 复合电极使光电流增强两倍，在AM1.5条件下，转换效率达到了2%31。MWNT 网络是一个三维空穴收集器。以MWNT 做背电极，基于P3HT/PCBM 的电池的转换效率可达1.1%
17、32。以SWNT 做背电极，效率则可达2.5%，接近于ITO。基于MWNTs/PPV 复合材料的电池比普通ITO 电池的效率提高了两倍，其中MWNTs 作为空穴收集材料。这一效率的提高来自PPV 与MWNTs 之间较大的接触面积，比ITO 更低的MWNTs 的空穴收集势垒和MWNTs 较高的功函数（5.1 eV）。3.2 有机物/Si 异质结太阳能电池在硅基异质结太阳能电池中加入MWNTs（MWNT-P3OT/n-Si），充分利用其良好的空穴输运能力和光生载流子分离性能，降低电子/空穴复合，从而提高电池性能，Voc，Jsc，和FF 分别为0.175%，0.22V，2.9mA/cm2 和0.27
18、33。加入DWNTs、金属纳米颗粒修饰的CNTs 和单晶富勒烯纳米棒的太阳能电池也表现出类似的特性。3.3 石墨烯电极除了具有单原子厚度的结构特征以外，极高的空穴迁移率，高比表面积以及对氧和水蒸气表现出的不活泼特性，使石墨烯成为一个有前途的光伏应用候选材料。例如，透明石墨烯薄膜在有机太阳能电池中用作窗口层电极34，在510 nm 单色光照射下，性能如下：Jsc=0.052mA/cm2，Voc=0.13V，FF=0.23，=1.53%；在模拟太阳光照射下，性能如下：Jsc=0.36 mA/cm2，Voc=0.38 V，FF=0.25，=0.29%。另一类采用石墨烯/酞菁铜（CuPc）/C60/B
19、CP/Ag 层状结构的电池35，短路电流和填充因子都较低。因为具有较高的面电阻，性能不如ITO 电池。官能化的石墨烯同样可以作为电子受体， 在AM1.5 光照条件下， 电池（ITO/PEDOT:PSS/P3HT/graphene/LiF/Al）的性能如下：Jsc=4.0 mA/cm2，Voc=0.72 V，=1.1%36。石墨烯还可以同P3OT 和P3HT 分散在有机溶剂中，形成均匀的混合溶液。由此得到的复合材料可以用作光敏层，制得的太阳能电池在AM1.5 光照条件下，光电转换效率可达1.4%37。4 染料敏化太阳能电池在某种意义上讲，光电化学太阳能电池比第一代和第二代太阳能电池更加先进，因为
20、不需要传统的p-n 结来分离电子空穴对。一个典型的碳基光电化学电池采用以樟脑为碳源制得的p 型a-C 做为电极材料。富勒烯（C60）和CNTs 也同样做为光敏电极材料被广泛研究。染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种特殊的光电化学太阳能电池，优点是成本低，制造工艺简单。在一个典型的液态模式DSSC 中，染料用来实现光电转换的关键材料。具有宽带隙的半导体材料，在阳极和电解液之间的导带中用来分离电荷。在这一过程中，对电极起到催化氧化还原反应的作用。对电极需要具有良好的导电性和热稳定性，同时要具有一定的抗腐蚀能力和电催化活力等多种特性。4.1 窗口层电极碳薄膜作为窗口层电极的优势体现在如下几点：（1）
21、优异的导电性；（2）在可见光和近红外区域中有良好的透过性；（3）具有光滑的表面和可控的浸润性；（4）较高的化学和热学稳定性。例如，在固态DSSC 中，超薄石墨烯薄膜可以替代金属氧化物（如ITO、FTO等）来作为窗口层电极15。在AM1.5 光电条件下，该类电池的Jsc=1.01 mA/cm2，Voc=0.7 V，FF=0.36，=0.26%。由于较高的串联电阻和较低的透过率，整体性能仍低于基于FTO 的电池。4.2 光电极碳材料可以直接用作光电极。例如，CNT 薄膜对可见光的激发会有响应。但是，由于光生载流子会快速复合，碳基光电器件的转换效率仍然很低。一个能够增强载流子分离的方法是开发复合纳米
22、结构。例如，采用这一方法有望提升CNTs/TiO2 系统的转换效率38。沉积在CNTs 表面上的TiO2 颗粒能够在其激发态注入电子，以增强电荷分离，提高光电流。通过引入CdS 量子原子团，还能够使CNTs/TiO2 系统在可见光的范围内产生光电化学效应39。IPCE（incident photon to charge carrier efficiency）可高达26%。另外，基于TiO2/MWNTs复合材料的DSSCs 也被研究40。通过添加合适比例的MWNTs（0.10.3wt%），电池的物化特性、表面粗糙度和电子寿命等参数都得到显着提高，从而可吸附更多的染料，产生更大的光电流，获得更好的
23、综合性能。4.3 对电极最近，碳材料作为对电极也在DSSCs 中被广泛研究41-45，用于开发低成本的高效太阳能电池。在此之前，Pt 因具有优异的导电性而是对电极的首选材料。但是，Pt 高昂的价格使其不可能得到大规模应用。而基于纳米碳材料的对电极与电解液接触良好，同时可提升电极的催化性能，因此有望大大提高转换效率。前期研究表明，在用作对电极的碳材料中，CNTs 的性能最佳。采用CNTs 取代Pt 做为对电极有以下几个优点：（1）纳米导电通道；（2）更高的比表面积；（3）轻质；（4）柔韧性高；（5）成本低。在提高转换效率的同时，加入CNTs 还能够提高电池的机械强度和环境稳定性。例说，在花青素敏
24、化染料电池中，采用纯化的SWNT 薄膜做为对电极，转换效率可达1.46%，这一数值达到了目前使用天然染料和Pt 对电极的DSSCs 的效率44。除了纯化的CNTs，MWNT/PEDOT:PSS 复合薄膜也用于DSSC 的对电极46，电池性能如下：Jsc=15.5 mA/cm2，Voc=0.66 V，FF=0.63，=6.5 %，接近采用Pt 对电极的同种电池。与此类似，石墨烯/PEDOT-PSS 沉积在ITO 上后也可用作DSSCs 的对电极47。厚60nm 的复合薄膜的可见光透射率高于80%，并具有较高的电催化活性。相应电池的转换效率可达4.5%，而采用Pt 对电极的同类电池的效率为6.3%
25、。以上研究结果表明，CNTs 和石墨烯用作DSSCs 的对电极大有潜力可挖。5 其它太阳能电池CNT 薄膜可以被看作是一个收集空穴的导体，在层叠式薄膜太阳能电池中也具有潜在应用价值。例如，SWNT 薄膜已在CdTe48和Cu(InGa)Se249太阳能电池中被用作透明电极材料，最高效率可达12.4%。CNTs 同样可以做为背电极并用来支撑光电异质结（CdTe/CdS）50。由于该结构独特的光收集效应，可明显削弱CdTe 层中的载流子复合，使电池转换效率从3.5%提升两倍至7%。6 全碳太阳能电池展望未来太阳能电池的研究的最终目标之一是消除传统半导体材料（例如硅）的介入。碳基异质结是全碳太阳能电
26、池的结构单元，是构建复杂光电系统的基础。近期，对纯碳异质结的研究主要集中在碳纳米管。基于石墨烯的异质结（主要为p-n 结）也被大量研究。但其光伏特性还有待进一步探索。6.1 纯碳异质结通过施加两个栅极电压，可以将单根SWNT 调制成一个p-n 结，这一结构在实验51-53和理论54上都被系统研究。其I-V 曲线显示出良好的整流特性。在1KW/cm2 的光照下，其光电转换效率约为0.2%。通过选取具有合适能隙的SWNTs，并将不同直径的SWNTs 叠加形成复合层状结构，以实现强电磁耦合、碳管间散射和光响应，有望进一步提升电池效率。定向CNT 阵列的结效应最初是通过研究在Y 结CNT 的电子传输特
27、性被检测到的55。Y 结中管径的变化，会导致碳管能隙的突变，因此显示出结效应。基于此结果，SWNT 的有效质量、CNT 异质结的能带偏移和正向电流被进一步研究，并预言了半导体-半导体CNT 结的电学特性。另外，由等离子增强CVD 制备得到的MWNT 阵列可以垂直点对点对接形成层状的异质结56。该结构的I-V 曲线呈对称、非线性，表明在CNTs 之间具有一个能障。6.2 掺杂和嵌入碳基异质结可以通过在碳材料中掺杂其它元素而形成。例如，由硼碳氮/碳（BCN/C）形成的纳米管结就表现出典型的整流二极管特性57。由单根碳/碳氮纳米管（C/CNX-MWNT）构成的结在光照下有很高的短路电流和开路电压58
28、。此类二极管的整流特性得益于在C/CNX界面形成的分子结。在采用CVD 方法制备碳纳米管过程中，通过切换不同反应气体，或通过高温裂解二茂铁和三聚氰胺的混合物，可以大规模获得B/CNTs 和CNX/CNT 的宏观异质结。此外，SWNTs/SiC59和碳纳米纤维/SiC60异质结也显示出符合肖特基结的整流特性。如上文所述，半导体CNTs 在常温常压下通常表现出单极p 型特性。这些碳纳米管通过内嵌高填充比的铁就可转换为n 型61。如果在CNTs 中的嵌入低填充比的铁纳米颗粒则可以形成p-n 结。即使暴露在空气中，这种整流特性仍然能够保持稳定，显示出CNT 宏观体构建理想p-n 结的可能性。6.3 金
29、属/半导体/金属（M/S/M）结一个典型的基于半导体型SWNT 的实例是由金属/SWNT/金属结构成的太阳能微电池，在AM1.5 光照下的效率高达5.1%62。这要归功于用于实现低接触电阻（串联电阻）的超声纳米焊接技术。金属/CNT/金属结构的电导受金属-CNT 的界面特性影响很大。由两个铁电极和中间的SWNT 构成的结已经被用来组建集成的光电子器件。与此类似，扫描隧道显微镜（STM）也用来表征SWNTs 的局域电学特性63。当STM 针尖在纳米管上沿长度方向移动时，会存在一个最佳位置，传输特性会突变至高度不对称，呈现出近乎完美的整流效应。另一方面，通过在六边形碳点阵中引入碳五边形和七边形环，
30、可使两段纳米管具有不同的原子结构和电子特性，进而实现分子间无缝连接的M/M、M/S 和S/S 结，并呈现出整流二级管特性。在理论上，一个由金属型CNT 和半导体型CNT 构成的结也被研究。这一结构同一般的M/S 结不同，表现出相反的整流方向。通过研究沿管身方向的单电子局域态密度，获得了基于CNT 的M/S 异质结局部电学行为。非对称的I-V 传输特性由肖特基能障造成。同时，基于CNT 的M/S、M/M 结及其组合器件的电子传输特性，以及两根相同SWNTs 间成结的可能性都在理论上被研究。以上结果为实现全碳太阳能电池奠定了基础。6.4 功能化在 SWNTs 上涂覆一层富胺聚合物聚乙烯亚胺（Pol
31、yethylenimine，PEI）可将其转换为n型。如果仅将一根SWNT 的一半管身用PEI 包裹，则可以形成一个p-n 整流二极管64。这一方法已被用于制造基于单根纳米管的p-n 二极管和互补式逻辑门。通过在CNTs 外壁上引入含特殊官能团的聚合物使其具有n 型的特性的概念也可应用于CNT 宏观体上。通过表面局部反应，可将SWNT 的一端用电子施体取代，另一端用电子受体取代，即可实现高度极化的非对称功能化65。根据此原理制备的CO2R-SWNT-CO2 结构，电导呈现出高度的非对称整流特性。这一异质结构在光电子，尤其是太阳能光伏电池领域具有潜在应用前景。诸如此类的碳基p-n 结是目前基于硅
32、和有机半导体的同类器件的有力替代者，不仅可大量应用于太阳能电池领域，还将在柔性显示设备、传感器等大型电子领域找到合适的应用。直接制备得到的CNTs 样品通常由金属型（1/3）的和半导体型（2/3）两类混合而成。最近，在二者的分离技术和相互转换技术方面取得了较大的进展，从而为CNTs 的多种应用铺平了道路。基于此，通过对比导电性和能隙，可对CNTs 进行材料优化，进而实现对其接触电阻、稳定性和改性的控制。7 全碳太阳能电池展望尽管碳基太阳能电池在光电转换领域具有应用潜力，但其效率仍然远远低于硅基太阳能电池。最近，超薄CNT 和石墨烯薄膜技术获得高速发展，可在任意基底上均匀沉积，操作简单，薄膜具有优异的力学性能（柔性和强度）。可以预见，随着相关技术的发展，同硅基太阳能电池相比，纯碳太阳能电池将会更加稳定，成本更低，也更加高效。
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