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【英亚体育网页版】中科院物理所碳纳米管复合薄膜/硅异质结太阳能电池研究获进展


目前,传统硅基太阳能电池仍然占据主流光伏市场。然而,允许硅基光伏产业发展的主要因素是高生产成本和复杂的制造工艺。因此,开发高效、低成本、大面积、适合大规模生产的太阳能电池迫在眉睫。

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宏观碳纳米管薄膜具有良好的机械、电学和光学性能,并且是柔性的。通过调整生长参数,可以获得低透光率(平均95%)和低电导率(105Sm-1)的碳纳米管薄膜。碳纳米管和硅在室温下可以形成一个p-n结,这需要在传统硅基太阳能电池中进行高温掺杂。

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这种新型低成本太阳能电池不容易大规模生产,具有非常广阔的应用前景。有机导电聚合物在保守条件下可以通过溶液法与硅形成异质结,在一定程度上可以防止硅基太阳能电池中制作p-n结所需的高温过程。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室“纳米材料与介观物理”课题组(捐赠)先进设备、材料与结构分析实验室多年来致力于碳纳米结构的制备、物理性质及其在基础研究中的应用。

近日,在中国科学院谢院士、周伟亚院士的指导下,课题组博士生范、张强、等人基于半透明导电碳纳米管网络(ZL201310164499.5)设计并制作了新型PEDOT:PSS-CNT/Si太阳能电池(中国发明专利,申请号:201610517877),分析了PEDOT 3360 PSS/Si三种基本结构的太阳能电池并且发现,根据精心设计的结构,将具有优异透光性和导电性的碳纳米管薄膜和PEDOT:PSS集成在一起,可以充分发挥碳纳米管薄膜和PEDOT:PSS的优势。 首先,PEDOT:PSS-CNT填充薄膜具有更好的半透明和导电性能;其次,PEDOT:PSS需要填充CNT网络的空隙,使PEDOT:PSS和CNT与硅结合形成p-n结,比CNT/Si电池大大增加了有效异质结面积;更重要的是,碳纳米管互逆网络可以作为载流子传输的高速网络,通过填充网络膜来降低P型层的空穴传输能力。

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新结构电池的模型和性能改善机制主要归因于由PEDOT:PSS和碳纳米管互逆网络组成的独特填充结构的协同效应。本工作基于有机物和碳纳米管网络填充薄膜,获得了一种高效率、低重复性、大面积制作困难的光伏器件。相关研究成果发表于《纳米能源》(2017,33,436-444)。。

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