石墨烯结构体及其制造方法、光电转换元件和太阳能电池技术

本发明专利技术涉及石墨烯结构体及其制造方法、光电转换元件和太阳能电池。该石墨烯结构体包括导电层和保护层。导电层由用掺杂剂掺杂的石墨烯构成，保护层层叠在导电层上并且由具有比水高的氧化还原电位的物质构成。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及石墨烯结构体，包括掺杂的石墨烯及其制造方法、使用该石墨烯结构体的光电转换元件、太阳能电池和摄像装置。
技术介绍
石墨烯是一种片层状物质，由以六角网格结构排列的碳元素构成，而且由于其导电性和透光性，作为触摸面板、太阳能电池等的电极材料等而受到人们的关注。这里，近年来，已经发现通过用掺杂剂掺杂石墨烯，有可能增加石墨烯的载流子浓度，并减小石墨烯的电阻(增加导电性)。然而，尽管不论多长时间，未掺杂掺杂剂的石墨烯的导电特性是稳定的，但问题是，当石墨烯的载流子浓度由于掺杂而等于或大于一个特定值的情况下，随着时间的推移，石墨烯的载流子浓度逐渐减小(电阻逐渐增加)。例如，因为使用石墨烯的设备其导电特性随时间改变，所以这会导致精确度等方面的问题。·为了解决这样的问题，例如，“Layer-by-LayerDoping of Few-Layer GrapheneFilm”，Fethullah Gunes 等，ACS Nano，2010 年 7 月 27 日，卷 4，No. 8，p4595_4600 (下文称为非专利文献1)，此文中公开了一种技术，通过在多层石墨烯(由多个单层石墨烯层叠而成的石墨烯)的层间插入掺杂剂，从而使导电特性的经时劣化(随时间推移的劣化)得到抑制。
技术实现思路
然而，在非专利文献I所描述的技术中，存在一个问题就是，抑制导电特性的经时劣化的效果很小，并且因为使用了多层石墨烯，透光性要弱于使用单层石墨烯的情况。鉴于上述情况，需要一种能够抑制掺杂石墨烯的经时劣化的石墨烯结构体、其制造方法，以及使用该石墨烯结构体的光电转换元件、太阳能电池和摄像装置。根据本公开的实施方式，提供一种石墨烯结构体，包括导电层和保护层。导电层是由掺杂了掺杂剂的石墨烯构成。保护层是层叠在导电层上，并且是由具有比水更高的氧化还原电位的材料构成。根据该配置，保护层有着比水更高的氧化还原电位，能够阻止环境(空气或溶液)中的水提供电子给导电层，并且能够防止石墨烯导电特性的经时劣化。保护层作为牺牲层，它是由能与水反应的物质构成。根据该配置，牺牲层能够通过分解接触到石墨烯结构体的水，来阻止其提供电子给导电层。保护层可以是由非水溶液形成的非水溶液层。根据该配置，由非水溶液构成的非水溶液层(疏水性溶液)能够通过阻止水接触到导电层从而阻止水提供电子给导电层。保护层可以是密封层，由遮蔽水的材料构成，并且覆盖导电层。根据该配置，密封层能够通过防止水接触到导电层从而阻止水提供电子到导电层。保护层可以是过剩掺杂剂层，由无助于掺杂的过量掺杂剂构成。根据该配置，由无助于掺杂的过量掺杂剂构成的过剩掺杂剂层能够阻止水提供电子给导电层。保护层可以是由不含水的干燥气体构成的干燥气体层。根据该配置，干燥气体层能够通过防止水接触到导电层从而阻止水提供电子给导电层。根据本公开的实施方式，提供一种生产石墨烯结构体的方法，包括用掺杂剂来掺杂石墨烯而形成导电层，以及将保护层层叠在导电层上，保护层由具有比水更高的氧化还原电位的物质构成。根据本公开的实施方式，提供一种光电转换元件，其利用石墨烯结构体作为透明导电膜，石墨烯结构体包括由用掺杂剂掺杂的石墨烯构成的导电层以及层叠在导电层上、由具有比水更高的氧化还原电位的物质构成的保护层。 根据该配置，能够提供一种具有高光电转换效率和高时间稳定性的光电转换元件。根据本公开的实施方式，提供一种太阳能电池，其利用石墨烯结构体作为透明导电膜，石墨烯结构体包括由用掺杂剂掺杂的石墨烯构成的导电层以及层叠在导电层上、由具有比水更高的氧化还原电位的物质构成的保护层。根据该配置，能够提供一种具有高发电效率和高时间稳定性的太阳能电池。根据本公开的实施方式，提供一种摄像装置，其利用石墨烯结构体作为透明导电膜，石墨烯结构体包括由用掺杂剂掺杂的石墨烯构成的导电层以及层叠在导电层上并且由具有比水更高的氧化还原电位的物质构成的保护层。根据该配置，能够提供一种具有高时间稳定性的摄像装置。如上所述，根据本公开的实施方式，可以提供一种能够抑制掺杂石墨烯导电特性的经时劣化的石墨烯结构体、其制造方法、以及使用该石墨烯结构体的光电转换元件、太阳能电池和摄像装置。根据对如附图所示的实施方式的以下详细描述，本公开的上述和其他目标、特征和优点将变得更加明显。附图说明图I是示出了根据本公开第一实施方式的石墨烯结构体的示意图；图2是示出了根据本公开第一实施方式的石墨烯结构体的另一示意图；图3A至图3C是示出了根据比较例的石墨烯结构体的能带图；图4A至图4C是示出了根据本公开第一实施方式的石墨烯结构体的制造方法的示意图；图5是示出了根据本公开第二实施方式的石墨烯结构体的示意图；图6是示出了根据本公开第三实施方式的石墨烯结构体的示意图；图7是示出了根据本公开第四实施方式的石墨烯结构体的示意图；以及图8是示出了根据本公开第五实施方式的石墨烯结构的示意图体。具体实施例方式在下文中，本公开的各种实施方式将会参照附图进行描述。(第一实施方式)将描述根据本公开第一实施方式的石墨烯结构体。(石墨烯结构体的配置)图I与图2是示出了根据此实施方式的石墨烯结构体10的层构造的示意图。如这些图中所示，石墨烯结构体10是将基板11、导电层12和牺牲层13按照所述的顺序层叠而构成的。基板11是石墨烯结构体10的支撑基板。基板11的材料并没有特别的限制，例如，可以是石英基板。如果希望石墨烯结构体10有透光性，基板11可以用透光性材料制成。 导电层12是由石墨烯层121和掺杂剂层122组成。关于石墨烯层121与掺杂剂层122，如图I所示，可以石墨烯层121为下层(在基板11 一侧)，或者如图2所示，可以掺杂剂层122为下层。石墨烯层121是由石墨烯构成。石墨烯是一种片状物质，是由sp2键合的碳原子构成的平面六角网格结构。石墨烯可以是未层叠的单层石墨烯或者是由多个单层石墨烯层叠的多层石墨烯。在本实施方式中，虽然石墨烯并不局限于上述石墨烯，但是就石墨烯结构体10的透光性而言而且也因为不会引起层间剥离，单层石墨烯是有利的。掺杂剂层122由掺杂剂构成。掺杂剂可以从以下一组物质中选择，该组物质包括例如硝酸、TFSA (三氟甲烷磺酸酯)、氯化金、氯化钯、氯化铁、氯化银、氯化钼和碘化金，均是比水的氧化还原电位更高的材料。如图I或图2所示，由于掺杂剂层122与石墨烯层121相接触，位于界面附近的掺杂剂被石墨烯层121的石墨烯化学吸附，从而被掺杂(化学掺杂)。牺牲层13是由有着比水更高的氧化还原电位的、并且与水反应的材料构成。环境(空气或者溶液)中的水不会到达导电层12，因为水会在到达导电层12之前与牺牲层13反应。这样防止了导电层12导电特性的经时劣化。将稍后描述其原因。牺牲层13可以进一步有导电性和透光性。有导电性的牺牲层13能够确保石墨烯结构体10的上层(在基板11的相对侧上)与导电层12的电接触。此外，有透光性的牺牲层13能使石墨烯结构体10有透光性。牺牲层13不需要覆盖导电层12的整个表面，可以具有例如微小的通孔，因为它只需要防止水到达到导电层12。另外，即使牺牲层13是由绝缘材料构成，通过使之变薄，流经导电层12的电流也可以穿过(漏过)牺牲层13，从而确保导电层12的电接触。如上所述地构成根据本实施方式的石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯结构体，包括：导电层，由用掺杂剂掺杂的石墨烯构成；和保护层，层叠在所述导电层上并且由具有比水高的氧化还原电位的物质构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：木村望，保原大介，小林俊之，坂东雅史，清水圭辅，角野宏治，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：