近日，我院光伏技术团队高青博士采用商业化碳纳米管作为p型硅电池的背接触，消除了存在载流子高复合的金半接触区域，实现了器件效率23.03%的突破。该成果以“Commercial carbon nanotube as rear contacts for industrial p-type silicon solar cells with an efficiency exceeding 23%”为题发表在《Carbon》(2022, 202, 432)。高青博士为第一作者，陈剑辉博士为通讯作者。
一维碳纳米管具有独特的几何结构和优异的电学和光学性能，其搭成的网状薄膜具有导电、透明、柔韧、稳定性好的特点，广泛应用到能源、电子器件和催化领域。结合碳纳米管特殊的能带结构，碳纳米管可作为透明导电材料和载流子选择传输层应用到光伏器件。但碳纳米管硅太阳电池的发展受限于碳纳米管的制备工艺和缺乏有效的钝化技术，制备的器件面积和效率基本小于1 cm2和17%，不能大面积制备、实现产业化发展。2019年，陈剑辉等研发的导电钝化技术很好地解决了单层薄膜既导电又钝化的重要科学问题，将器件效率提升至18.9% (面积3-16 cm2)。2020年，研究团队将碳纳米管与有机钝化材料结合研发出导电钝化复合油墨，初步实现了产业化6英寸硅片的大面积制备，电池效率达到20.1% (面积245.71 cm2)。2021年，溶剂工程的研究获得了稳定的22%的电池效率。近日，他们将商用碳纳米管应用到p型晶硅电池(图1)，使碳纳米管硅太阳电池效率突破23%，达到产业化钝化发射极背表面接触(PERC)太阳电池的效率水平，且商业化碳纳米管在效率上的突破进一步推动了碳纳米管/硅太阳电池的产业化。且碳纳米管背接触层的制备无需高温和高真空设备，对比市场中的主流产品PERC电池的制备工艺(图2)，该课题组研发的商用碳纳米管硅太阳电池大大简化了制备工艺，可在常温常压下制备，便于低成本太阳电池的产业化发展。
图1 碳纳米管硅太阳电池结构设计和太阳电池性能
图2 太阳电池的制备工艺对比，左：标准PERC电池制备工艺，右：研究团队研发的电池制备工艺
该工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北大学生命科学与绿色发展学科群经费、河北大学高层次人才引进经费和河北大学超算中心的资助和支持。
论文信息：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.11.020
