磷烯材料悄然崛起 石墨烯只是資本盛宴？

　　由于目前的晶體硅和薄膜太陽能電池成本較高，人們非常期望開發(fā)出一款低成本且高效的太陽能電池，針對第三代太陽電池已經(jīng)開發(fā)出了多種技術(shù)方案，例如OPVs、HJSCs、DSSCs、PSCs等，總的來講，納米技術(shù)對提高太陽能電池效率和降低成本具有重要的意義。由于超高的透光性、良好的電荷載流子遷移率(室溫下可以達(dá)到300cm2V-1S-1，120K溫度下則可以達(dá)到1000 cm2V-1S-1)和優(yōu)異的電子特性，并且電荷載流子遷移率可以通過磷烯材料中磷原子層的堆疊層數(shù)不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得磷烯材料在光伏發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在下一代光伏發(fā)電元器件方面。

　　一般來講原子厚度的2維材料制備方法可以分為兩大類：自上而下的方法和自下而上的方法。黑磷材料與石墨材料類似，層與層之間靠著微弱的范德華力維持，黑磷的層間距為根據(jù)堆疊模式在3.20到3.73埃，這種層間空間使得黑磷材料非常適合采用簡單的剝離方法合成原子厚度的磷烯二維材料，這是一種十分典型的自上而下的生產(chǎn)磷烯方法。而自下而上的合成方法主要有CVD和濕化學(xué)方法。

　　最早的磷烯材料為采用傳統(tǒng)的膠帶粘貼方法制備獲得，其片層厚度為1μm，后來逐漸獲得了厚度僅為10nm的磷烯材料，研究發(fā)現(xiàn)磷烯材料的電荷載流子遷移率、開管電流比等指標(biāo)隨著厚度降低而迅速提高，因此找到能夠靈活控制磷烯材料厚度的的合成方法就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機(jī)械剝離方法，由于存在著種種的難以克服的不足，而無法在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。Gomez等人通過引入中間粘結(jié)面，對傳統(tǒng)的機(jī)械剝離法進(jìn)行了優(yōu)化改良，獲得了高純度的少層磷烯材料。

　　液相剝離法是目前最有希望的一種自上而下制備超薄磷烯材料的方法，該方法實現(xiàn)的途徑有氧化法、離子嵌入法和表面鈍化法等。液相剝離法具有幾大優(yōu)勢1)能夠制備復(fù)合材料;2)制備薄膜;3)高的可擴(kuò)展性;4)容易采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。同時該方法還具有高效、低成本、工藝簡單等優(yōu)點。

　　CVD方法是一種典型的自下而上合成二維的方法，該方法主要原理是利用前驅(qū)體在高溫下反應(yīng)，生成二維材料材料。該方法最大的優(yōu)點是能夠制備大尺寸的超薄二維材料。雖然該方法已經(jīng)在石墨烯制備取得了成功，但是該方法目前還沒有應(yīng)用在磷烯的制備領(lǐng)域，這可能是由于缺少合適的基板和前驅(qū)體。另外一種典型的自下而上的方法為濕化學(xué)方法，例如水熱法、溶劑熱法和模版法等方法。該方法最大的優(yōu)點是能夠在較低的成本下大量合成二維材料。但是目前這種方法在磷烯方面的應(yīng)用還未見諸報道。

　　由于磷烯獨特的性質(zhì)，使得磷烯材料在儲能、電子和光伏發(fā)電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但是磷烯的研究目前還出于初級階段，磷烯存在的一些問題還沒有得到完全的解決，磷烯的產(chǎn)業(yè)化還有很長的路要走。