硫掺杂石墨烯及其制备方法和系统、太阳能电池技术方案

本发明专利技术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。

Sulfur-doped graphene and its preparation method, system and solar cell

The invention discloses a sulfur-doped graphene and its preparation method, system and solar cell. The preparation methods include: (1) pyrolysis of high-sulfur coal to obtain pyrolysis oil and gas and sulfur-containing semi-coke; (2) introduction of reducing protective gas into a reactor with copper substrate and preheating of the copper substrate; (3) catalytic gasification of the sulfur-containing semi-coke. The pyrolysis gas is supplied to the reactor in step (2) for high temperature deposition, and then cooled by hydrogen or inert gas to obtain sulfur-doped graphene. This method uses high sulfur coal as precursor to prepare sulfur-doped graphene, which can not only reduce the cost of graphene preparation, but also make the sulfur-doped graphene surface smooth. When used to prepare the electrode of solar cells, the capacity of solar cells can be significantly increased.

【技术实现步骤摘要】
硫掺杂石墨烯及其制备方法和系统、太阳能电池
本专利技术属于电池
，具体而言，本专利技术涉及一种硫掺杂石墨烯及其制备方法和系统、太阳能电池。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备硫掺杂石墨烯的方法。根据本专利技术的实施例，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。根据本专利技术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。另外，根据本专利技术上述实施例的制备硫掺杂石墨烯的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述高硫煤中硫含量不低于3wt％。由此，可以显著降低硫掺杂石墨烯的成本。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述热解处理的温度为800～950摄氏度。由此，可以显著提高含硫半焦的品质，进而提高所得硫掺杂石墨烯的性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述还原性保护气体为氢气。由此，可以显著提高硫掺杂石墨烯的性能。在本专利技术的一些实施例中，所述氢气的气流为50～70sccm。由此，可以进一步提高硫掺杂石墨烯的性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述预热的温度为200～600摄氏度。由此，可以进一步提高硫掺杂石墨烯的性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述催化气化裂解的温度为500～600摄氏度。由此，可以进一步提高硫掺杂石墨烯的性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述高温沉积的温度为800～1000摄氏度。由此，可以进一步提高硫掺杂石墨烯生产效率以及性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述氢气气流为20～30sccm，所述惰性气体气流为80～100sccm。由此，可以进一步提高硫掺杂石墨烯生产效率以及性能。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种实施上述方法的制备硫掺杂石墨烯的系统。根据本专利技术的实施例，所述系统包括：热解装置，所述热解装置具有高硫煤入口、热解油气出口和含硫半焦出口；气化裂解装置，所述气化裂解装置具有含硫半焦入口和裂解气出口，所述含硫半焦入口与所述含硫半焦出口相连；高温沉积反应器，所述高温沉积反应器具有还原保护性气体入口、裂解气入口、冷却气出口和硫掺杂石墨烯出口，所述裂解气入口与所述裂解气出口相连，并且所述高温沉积反应器内布置有铜基板。根据本专利技术实施例的制备硫掺杂石墨烯的系统通过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。在本专利技术的一些实施例中，所述热解装置为流化床热解反应器或固定床热解反应器。由此，可以显著提高高硫煤的热解效率。在本专利技术的又一个方面，本专利技术提出了一种硫掺杂石墨烯。根据本专利技术的实施例，所述硫掺杂石墨烯是采用上述所述的方法或系统制备得到的。由此，该硫掺杂石墨烯通过采用上述方法或系统制备得到，不仅可以制备成本显著降低，而且该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。在本专利技术的第四个方面，本专利技术提出了一种太阳能电池。根据本专利技术的实施例，所述太阳能电池的电极采用上述所述的硫掺杂石墨烯制备得到。由此，该太阳能电池的电极通过采用上述表面平整的硫掺杂石墨烯制备得到，使得该太阳能电池具有较高的容量。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备硫掺杂石墨烯的方法流程示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的制备硫掺杂石墨烯的系统结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备硫掺杂石墨烯的方法。下面参考图1对该方法进行详细描述。根据本专利技术的实施例，该方法包括：S100：将高硫煤进行热解处理该步骤中，具体的，将高硫煤进行热解处理，得到热解油气和含硫半焦。专利技术人发现，高硫煤资源储量丰富，但由于其会引发严重的硫污染和酸雨等环境问题而难以得到有效的利用，而本申请中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，同时可以实现高硫煤的资源化利用。根据本专利技术的一个实施例，高硫煤的中的硫含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备硫掺杂石墨烯的方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种制备硫掺杂石墨烯的方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述高硫煤中硫含量不低于3wt％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述热解处理的温度为800～950摄氏度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述还原性保护气体为氢气。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氢气的气流为50～70sccm。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述预热的温度为200～600摄氏度。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述催化气化裂解的温度为500～600摄氏度。8.根据权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金来，任秀强，赵彦乔，
申请(专利权)人：新奥石墨烯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13