{首页主词},&

基于碳納米管新型太陽能電池，能量轉(zhuǎn)換效率可10.2%！

2017-05-22 09:57:05 作者：本網(wǎng)整理來源：材料科學與工程分享至：

    目前，傳統(tǒng)硅基太陽能電池依然占據(jù)主流光伏市場，然而，限制硅基光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素是其生產(chǎn)成本偏高、制備過程繁瑣。所以發(fā)展高效率、低成本、大面積和適合大規(guī)模生產(chǎn)的太陽能電池已迫在眉睫。

    宏觀碳納米管薄膜具有良好的力學、電學、光學等性質(zhì)，而且是柔性的。通過調(diào)節(jié)生長參數(shù)，可以獲得高透光率（可達95%）、高電導率（105 S m-1）的碳納米管薄膜。碳納米管和硅可以在室溫下形成p-n結，無需傳統(tǒng)硅基太陽能電池中的高溫摻雜，這種新型的低成本太陽能電池易大規(guī)模生產(chǎn)，具有非常廣闊的應用前景。有機導電聚合物可以通過溶液方法在溫和的條件下與硅形成異質(zhì)結，同樣可以避免硅基太陽能電池中制備p-n結所需的高溫過程。

    中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）先進材料與結構分析實驗室“納米材料與介觀物理”研究小組，多年來一直致力于碳納米結構的制備、物性與應用基礎研究。最近，該課題組博士生范慶霞、張強、周文斌在中科院院士解思深、研究員周維亞的指導下，基于連續(xù)直接生長的透明導電碳納米管網(wǎng)絡（ZL 201310164499.5），設計并制備出一種新型的連續(xù)網(wǎng)絡復合薄膜的PEDOT:PSS-CNT/Si太陽能電池（中國發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01610517877.7），其能量轉(zhuǎn)換效率可達10.2%。

    圖1 （a） PEDOT:PSS-CNT/Si太陽能電池的結構示意圖；（b） PEDOT:PSS-CNT復合薄膜背面的結構示意圖；PEDOT:PSS/Si、CNT/Si和PEDOT:PSS-CNT/Si太陽能電池的（c）暗電流密度-電壓曲線，（d）明電流密度-電壓曲線。

    他們通過分析由同樣的材料在相同的工藝條件下分別制備的PEDOT:PSS/Si、CNT/Si和PEDOT:PSS-CNT/Si三種體系基本結構的太陽能電池，發(fā)現(xiàn)將透光率和導電性均優(yōu)異的CNT薄膜和PEDOT:PSS按照精心設計的結構結合起來，能充分發(fā)揮CNT薄膜和PEDOT:PSS各自的優(yōu)勢。

    首先，PEDOT:PSS-CNT復合薄膜擁有更優(yōu)異的透明導電性質(zhì)；其次，PEDOT:PSS能夠填充CNT網(wǎng)絡的空隙，使得PEDOT:PSS和CNT共同與硅接觸形成p-n結，相比于CNT/Si電池大大增加了有效異質(zhì)結面積；更重要的是CNT連續(xù)網(wǎng)絡可作為載流子傳輸?shù)母咚倬W(wǎng)絡，使復合網(wǎng)絡薄膜增加了p型層的空穴傳輸能力。

    新型結構電池的模型和性能提升機理，主要歸結于PEDOT:PSS和CNT連續(xù)網(wǎng)絡形成的獨特復合結構產(chǎn)生的協(xié)同效應。該工作提供了一種高效、高重復性、易大面積制備的基于有機物和CNT網(wǎng)絡復合薄膜的光伏器件。相關研究結果發(fā)表在《納米能源》（Nano Energy，2017, 33, 436-444）上。該工作得到了科技部（2012CB932302）、國家自然科學基金委（11634014, 51172271, 51372269和51472264）和中科院（XDA09040202）等項目的支持。

    文章鏈接：

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517300721

圖2 碳納米管薄膜的（a） SEM圖，（b） AFM圖；PEDOT:PSS-CNT復合薄膜的（c） SEM圖，（d） AFM圖；（e-f） PEDOT:PSS-CNT復合薄膜與硅接觸界面和背面的SEM圖。

圖3 （a） Si襯底、PEDOT:PSS/Si、CNT/Si和PEDOT:PSS-CNT/Si太陽能電池的反射光譜；（b）不同旋涂速度下CNT和PEDOT:PSS-CNT復合薄膜的透光光譜，插圖：不同旋涂速度下PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-CNT復合薄膜的面電阻；（c）不同旋涂速度下PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-CNT復合薄膜的厚度；（d） PEDOT:PSS/Si、CNT/Si和PEDOT:PSS-CNT/Si太陽能電池的dV/dJ-（J+Jph）-1曲線。