《新型碳納米材料高效太陽電池》是依託清華大學，由賈怡擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型碳納米材料高效太陽電池
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：賈怡
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以碳納米管和石墨烯為代表的新型碳納米材料已被廣泛套用於高效、低成本的太陽電池的研究。本項目擬將石墨烯均勻地填充在網狀碳納米管薄膜孔隙中，從而獲得具有優異光電性能的複合薄膜，並將此複合薄膜與矽構成異質結太陽電池。根據高效太陽電池對材料的要求，通過化學處理，進一步改善複合薄膜的透光性、導電性等基本性能，並實現複合薄膜導電類型、載流子濃度以及功函式等重要參數的調控。在此基礎上，就此太陽電池模型的能帶結構、電荷傳輸方式、界面狀態等關鍵因素進行系統研究，實現15%的光電轉換效率，為碳納米管/石墨烯複合薄膜在能源領域的實際套用奠定基礎。
結題摘要
開發基於新材料的太陽能電池是解決當今能源危機和環境問題的有效途徑。本項目將碳納米管、石墨烯與矽構成異質結太陽電池，旨在開發出光電轉換效率高、成本低的新型太陽能電池。本項目系統研究了原位碳納米管/石墨烯複合薄膜的合成工藝，開發了電熱法直接製取石墨烯條帶的方法，研究了碳納米管（石墨烯）-矽異質結太陽電池性能在化學摻雜、氣體吸附條件下的變化規律。基於對此異質結模型認識的深入，利用碳納米管-矽異質結對紅外波長的回響特性，開發了非接觸熱源感測器；利用碳納米材料具有大的比表面積、易被摻雜的特性，開發了自供電的碳納米管-矽納米線異質結的氣體感測器。 項目首先採用化學氣相沉積法，通過精確控制碳納米管碳源和氧化石墨烯的進給比例，將石墨烯均勻地填充在網狀碳納米管薄膜孔隙中，從而獲得具有優異性能的複合薄膜；採用化學氣相沉積法製備石墨烯薄膜，其方阻為883 Ω/sq，通過硝酸熏蒸6 min後，其方阻降低至196 Ω/sq，約為製備態方阻的1/4；將石墨烯與矽構成異質結太陽電池，並通過硝酸進行化學處理，電池的轉換效率最高可達10.2%。將矽片表面通過金屬輔助化學法刻蝕出矽納米線陣列，與碳納米管構成異質結電池，碳納米管和矽納米線陣列的孔洞有利於氣體的吸附，在1000 ppm的二氧化氮處理下，電池的光電轉換效率達8.4%。進一步開發了基於此結構的氣體感測器，在0 ppm、10 ppm、100 ppm和1000 ppm的二氧化氮氣氛和LED光源的照射下，電池的開路電壓分別為0.24 V、0.35 V、0.39 V和0.44 V，此結構的氣體感測器具有自供電、常溫工作、回響速率快的優勢。此外，結合碳納米管柔性、透明、導電的特點，項目進一步開發了以碳納米管為柔性電極材料的鈣鈦礦纖維太陽能電池，在標準光源下，電池的光電轉化效率為1.92%，為進一步開發可穿戴柔性太陽能電池器件奠定了基礎。
