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

在太陽電池的研究領域，目前面臨的挑戰是提高電池的能量轉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。工學院曹安源課題組與清華大學機械系吳德海/王昆林教授課題組合作，制備了高效率的碳納米管-硅雜化太陽電池。采用化學氣相沉積法，直接合成了厚度僅為20-40納米、機械強度高的碳納米管透明導電薄膜。將其鋪展在晶體硅的表面，構成異質結太陽電池，并用酸處理使得界面產生氧化層，同時提高碳納米管網絡的導電性。得到的電池在標準輻照條件下光電轉換效率達到13.8%，遠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，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%以上的太陽電池，能夠在空氣中保持長時間的穩定性。和傳統的硅基電池相比，碳納米管薄膜代替了P型硅部分，省去了部分材料和擴散摻雜制取PN結的工藝。同時，碳納米管還作為器件的透明電極，當電池面積較小時無需在硅表面涂覆金屬柵格電極。因此，引入碳納米管簡化了電池的部分制造工藝，這種電池的價格也可能比目前市場上的硅基電池更加便宜。

作為基礎研究，曹安源課題組還開發了完全基于納米材料的碳納米管-硒化鎘納米帶太陽電池，去年10月發表于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電池、柔性電池以及新結構纖維電池。該項目得到國家自然科學基金的支持。

用于制備太陽電池的碳納米管薄膜


碳納米管薄膜所鋪的硅片基底

  轉載自北京大學新聞中心