隨著世界尋求逐步淘汰化石燃料，轉而使用更清潔的可再生能源，人們正在投入更多努力來改進現有的可再生技術，并創造能夠以新方式利用可再生能源的設備。陽光是目前使用最多的可再生能源之一——以太陽能電池的形式——但也有許多其他方式可以利用陽光來產生能量。

考慮到每天照射地球的太陽光量，基于太陽能的能量收集設備有很大的潛力成為更清潔和更綠色社會的領跑者之一，并擴大其作為領先的可再生技術之一的現有地位. 設計人員正在許多此類太陽能收集系統中測試和使用二維材料，從在太陽能電池中廣泛使用石墨烯到在光催化和光熱收集方法中使用不同的二維材料。

光伏（太陽能電池）

在現有的所有太陽能收集方法和技術中，太陽能電池是迄今為止最商業化、最受歡迎和最有效的選擇。存在幾種由硅和鈣鈦礦材料組成的塊狀太陽能電池。此外，正在開發多種方法，其中使用 2D 材料（和其他納米材料）來提高體硅太陽能電池的性能或提供一種制造更薄和/或更靈活的太陽能電池的方法。在后者中，已經有許多柔性有機太陽能電池；然而，活性材料的性能往往比無機材料低得多，因此 2D 材料提供了一種提供更薄且性能大大提高的太陽能電池的方法。

在許多設備中，摻雜石墨烯已被用作太陽能電池內半導體光伏結中的光敏材料，有時單獨使用，有時與體積較大的太陽能電池中的硅結合使用。除此之外，石墨烯及其衍生物被吹捧為空穴傳輸層的替代品，而不是昂貴的貴金屬，如銀和金，以試圖降低大型太陽能電池的成本。石墨烯還與硅一起用于許多其他混合設備，包括制造更薄、靈活和半透明的太陽能電池。

雖然石墨烯最受關注，但石墨烯和過渡金屬二硫化物 (TMDC) 正被集成到不同的太陽能電池中——因為它們的穩定性和對幾種潛在降解刺激的抵抗力——以提高它們的長期穩定性并確保它們以最佳方式運行更長。這些二維材料正被集成到商業層面的各種塊狀太陽能電池中，包括硅和鈣鈦礦太陽能電池以及串聯太陽能電池。

近年來，人們對柔性太陽能電池的興趣顯著增長，雖然石墨烯是第一種用于太陽能電池測試的二維材料，但此后該領域不斷擴大，并將繼續擴大。最近，TMDC 已與石墨烯一起用于制造高效、靈活的太陽能電池，鈣鈦礦材料現在被制成二維片材，以嘗試效仿體積更大的鈣鈦礦太陽能電池的成功——但是以更小、更靈活的太陽能電池的形式. 二維鈣鈦礦太陽能電池尚未達到體積更大的太陽能電池的高度，但它是二維家族的新成員，因此它們仍有足夠的時間在二維材料增強型太陽能電池中發揮作用.

光催化收獲

光催化反應產生新的更環保的燃料，并且不同于直接輸出電力的許多其他能量收集技術。在光催化收集中，收集來自太陽光的能量以生產燃料，然后可用于為設備和電子系統供電。目前，光催化收集是水分解技術生產氫燃料的一種很有前途的方法。

當使用半導體材料時會發生光催化收獲。發生光催化收集是因為來自太陽光的光子（具有高能量）一旦被吸收就會在半導體材料中產生電子空穴對。然而，這些光生激發態往往不穩定，因此載流子會重新結合。在此分離和復合過程中，電子和空穴在材料表面傳輸，從而還原或氧化吸收的原子。正是這個過程導致氫氣的產生，并且有一個類似的光催化過程也可用于產生氧分子（通常同時發生）。

可以使用多種材料引發光催化反應，并且許多不同的半導體二維材料用于這些光催化收集反應。在許多情況下，二維片材的暴露邊緣為光催化反應的發生提供了一個有效的場所。TMDC，例如二硫化鉬，已經引起了極大的興趣，因為這些薄片可以主動吸收氫離子。石墨烯及其衍生物，尤其是使它們成為半導體的摻雜版本，也是經過充分測試的材料，因為石墨烯和 TMDC 的高表面積，以及它們的吸收和導電特性，使它們成為析氫反應 (HER) 的合適催化位點來生產氫燃料。

光熱收集

光熱收集方法再次為許多傳統的太陽能收集技術提供了不同的方法。在這些收集方法中，光熱材料用于吸收光能并將其轉化為熱能。二維材料具有一系列光學特性，可用于吸收光波并隨后將其轉化為熱能，其中一些二維材料表現出其他材料類別所沒有的獨特光學特性，而其他材料則具有非常有益的特性一般來說。

眾所周知，二維材料可以吸收寬光譜范圍內的電磁輻射波長，包括可見光和近紅外區域。然而，這些應用程序非常不同，因為這些方法通常用于醫療應用程序以實現不同的治療。光的吸收和熱量的產生意味著可以在不需要更具侵入性的方法的情況下進行不同的醫學治療。例如，熱量以振動能的形式產生，這種能量可用于靶向和殺死癌細胞。這是一種本質上更小眾的方法。雖然它不為設備供電，但不同的二維材料——從石墨烯衍生物到 TMDC，再到 MXenes——正被用于收集光以提供新的高效醫療。

結論

太陽能電池形式的太陽能收集已經是一項成熟的技術，但二維材料提供了一種提高太陽能電池效率和長期穩定性的方法，并提供了創造薄、靈活和透明太陽能的新方法細胞。除了太陽能電池，二維材料還具有通過光催化反應產生氫燃料和為先進的癌癥療法收集光的巨大潛力。隨著現代社會尋求更多利用自然環境的方法，二維材料提供了一種有效地將太陽光線收集成可用輸出的方法。