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北京大學(xué)工學(xué)院曹安源課題組與清華大學(xué)機(jī)械系吳德海/王昆林教授課題組合作，進(jìn)行“高效率碳納米管-晶體硅雜化太陽(yáng)電池”研究，相關(guān)研究論文“Achieving High Efficiency Silicon-Carbon Nanotube Heterojunction Solar Cells by Acid Doping”今年5月份發(fā)表于Nano Letters (Y. Jia, A. Cao, D. Wu, et al. Nano Letters 2011, 11, 1901-1905)。5月18日的Nature雜志對(duì)此工作做了評(píng)論“酸處理提高了碳納米管-硅太陽(yáng)電池的性能，可能比傳統(tǒng)硅基電池更便宜”。

在太陽(yáng)電池的研究領(lǐng)域，目前面臨的挑戰(zhàn)是提高電池的能量轉(zhuǎn)換效率并且降低制造成本。納米材料是制備新一代高效低成本薄膜電池極有希望的材料之一。工學(xué)院曹安源課題組與清華大學(xué)機(jī)械系吳德海/王昆林教授課題組合作，制備了高效率的碳納米管-硅雜化太陽(yáng)電池。采用化學(xué)氣相沉積法，直接合成了厚度僅為20-40納米、機(jī)械強(qiáng)度高的碳納米管透明導(dǎo)電薄膜。將其鋪展在晶體硅的表面，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，并用酸處理使得界面產(chǎn)生氧化層，同時(shí)提高碳納米管網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電性。得到的電池在標(biāo)準(zhǔn)輻照條件下光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13.8%，遠(yuǎn)高于其它納米材料的電池效率，接近多晶硅電池的水平。同時(shí)，采用控制氧化層的厚度（1納米左右），降低硅片表面反射率等措施，可靠地制備出效率在11%以上的太陽(yáng)電池，能夠在空氣中保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。和傳統(tǒng)的硅基電池相比，碳納米管薄膜代替了P型硅部分，省去了部分材料和擴(kuò)散摻雜制取PN結(jié)的工藝。同時(shí)，碳納米管還作為器件的透明電極，當(dāng)電池面積較小時(shí)無(wú)需在硅表面涂覆金屬柵格電極。因此，引入碳納米管簡(jiǎn)化了電池的部分制造工藝，這種電池的價(jià)格也可能比目前市場(chǎng)上的硅基電池更加便宜。

作為基礎(chǔ)研究，曹安源課題組還開發(fā)了完全基于納米材料的碳納米管-硒化鎘納米帶太陽(yáng)電池，去年10月發(fā)表于Nano Letters (L. Zhang, A. Cao, et al. Nano Letters 2010, 10, 3583)，以及石墨烯-硒化鎘太陽(yáng)電池（L. Zhang, A. Cao, et al. Nano Research 2011, in press)。目前，課題組主要研究納米薄膜太陽(yáng)電池、柔性電池以及新結(jié)構(gòu)纖維電池。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

用于制備太陽(yáng)電池的碳納米管薄膜


碳納米管薄膜所鋪的硅片基底

  轉(zhuǎn)載自北京大學(xué)新聞中心