《納米薄膜太陽能電池的研究》是依託北京大學，由曹安源擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米薄膜太陽能電池的研究
- 項目負責人：曹安源
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目探索納米技術在可再生能源領域的套用，研究基於納米材料的新一代低成本高效率的太陽能電池。採用具有優異光電性能的一維納米材料（如碳納米管和半導體納米線）製備透明導電薄膜和異質結器件，開發大面積均勻薄膜電池。項目將對納米薄膜電池的基礎問題和關鍵技術進行系統深入的研究，探討異質結的特性及能帶結構，控制納米材料的電子結構和光電性能，抑制載流子的複合，最佳化光吸收、載流子的傳輸和收集等關鍵過程，降低薄膜內阻，從而提高電池的能量轉換效率和穩定性。項目將開發具有低成本大規模生產潛力的納米製造方法和薄膜器件工藝，使納米材料電池的效率達到5-10%，在空氣中有良好的穩定性。項目研究完全基於納米材料的薄膜電池，具有創新性。該電池可用於建築物、車窗玻璃的發電塗層及柔性器件，具有實際的套用及產業化前景。
結題摘要
碳納米管具有優良的光電和力學性能，是開發第三代高效率、低成本太陽電池的候選材料之一。當前面臨的一個首要任務是如何利用碳納米管及其它半導體材料構建新型電池並獲得良好的性能（高的能量轉換效率）。本項目以製備高性能納米材料太陽電池為目標，合成了導電、透明、均勻大面積的單壁碳納米管薄膜以及柔性紡絲，研究了以下兩個方向的套用：（1）作為對電極材料套用於纖維型染料敏化或有機物電池，（2）作為異質結材料與常規半導體構建新的電池結構,與碳納米管結合的半導體包括晶體矽以及化學氣相沉積法合成的CdSe納米帶等。項目取得了豐碩的成果，報導了一系列新型電池並研究了機理，包括碳納米管-CdSe納米帶、石墨烯-CdSe納米帶、碳納米管-CdS體相異質結、碳納米管薄膜（或紡絲）-染料敏化（或有機物）纖維電池、碳納米管（石墨烯）-晶體矽雜化電池等。其中，最具代表性的成果是對高效率碳納米管-矽電池的研究。項目組建立了異質結界面控制、化學摻雜、凝膠減反層等組裝方法和器件製備工藝，使得能量轉換效率穩步提高到了10%以上。尤其是採用二氧化鈦凝膠作為這種電池的減反層，使得外量子效率從60%提高到90%，短路電流提高了30%，電池效率分別達到15.1%（碳納米管-矽）和14.5%（石墨烯-矽），為目前同類電池的最高水平，引領了一個小規模的研究方向。Nature雜誌及多家媒體評述了這項成果。和傳統矽電池相比，碳納米管-矽電池具有簡化工藝、不引入金屬柵格電極等特點，其效率仍有提升的空間，是一種有產業化前景的電池結構。總計發表項目資助的SCI論文19篇（均為通訊作者），包括1篇Advanced Materials, 3篇Nano Letters, 4篇ACS Nano，3篇Nano Research及1篇EES等期刊，獲得2項專利授權，培養了2名博士研究生、1名碩士研究生。
