大面积高效率的碳纳米管-硅太阳能电池

碳-硅异质结太阳能电池自提出实现之后，受到了科学家和工程师的广泛关注。近年来，结合成熟的硅基太阳能电池技术，碳-硅太阳能电池的光电转换效率得到快速提升。然而，由于碳纳米材料的研究相对于成熟的硅基工艺而言还处于起步阶段，该模型太阳能电池的研究与应用仍然面临很多挑战。特别是，目前实验室报道的碳-硅异质结太阳能电池的有效面积尺寸往往偏小，从而限制了其进一步应用。针对这一问题，北京大学曹安源课题组与合作者实现了有效面积达2cm²的碳纳米管-硅太阳能电池，并且通过工艺改进与优化其光电转换效率可以达到10%。

研究采用了化学气相沉积法所制备的碳纳米管薄膜，其在较大面积条件下仍具有性质均匀稳定等特点。该碳纳米管薄膜可以有效的与硅（2.00–2.50cm²）接触构建形成异质结，初始条件下其光电转换效率可以达到1.81%to3.97%。此时，碳纳米管-硅太阳能电池光电转换效率较低主要是由于其串联电阻较高所导致。因此作者通过采用碳纳米管纤维束作为栅极，可以有效的提升太阳能电池的填充因子与开路电压，光电转换效率也可以提升到 2.77%to6.49%。在此基础上，通过减反层和化学掺杂工艺的融合，有效面积达2.15cm²的碳纳米管-硅太阳能电池的光电转换效率可以优化提升到10.11%。本研究所报道的大面积高效率碳纳米管-硅太阳能电池为该模型进一步的应用提供了有效的工艺方法。相关工作已发表于Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201600095）上。

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