近日，物理与电子工程学院张泽霞副教授在国际学术期刊《Journal of Materiomics》（JCR Q1，影响因子=9.6）上发表了题“Carbon nanotube networks as effcient transparent electrode for polymer/silicon hybrid solar cells”的学术论文。该论文的第一作者为张泽霞副教授，新疆师范大学为第一完成单位。
本研究针对聚合物/硅混合太阳能电池兼具柔性与稳定性，但其传统金属顶电极存在透光性与电荷收集难以兼顾的难题，利用碳纳米管薄膜作为透明电极，成功实现了无金属网格的器件结构，光电转换效率提升至7.0%。
研究团队采用化学气相沉积法合成了大面积、连续的碳纳米管薄膜，其在550 nm波长处的透光率高达86%，方阻仅为200 Ω/sq。将这种碳纳米管薄膜直接转移至PEDOT:PSS/硅异质结表面，替代传统金属电极，构筑了无金属网格的碳基电极混合太阳能电池。
图1：CNT/Si/PEDOT:PSS混合太阳电池组装过程
图2：碳纳米管薄膜的微观形态及表征
实验结果表明，未经处理的原始碳纳米管薄膜器件效率为3.9%。经过纯化处理去除无定形碳和铁催化剂残留后，碳纳米管薄膜的透光性和导电性进一步提升，器件的光电转换效率显著提高至7.0%，其中开路电压达到540.2 mV，短路电流密度为19.8 mA/cm²，填充因子为52.4%。
进一步的漫反射光谱测试显示，采用金字塔织构化（陷光结构）硅片配合纯化碳纳米管薄膜后，器件在500–1000 nm波长范围内的反射率从15–26%降至10–14%，光捕获能力显著增强。同时，碳纳米管约4.8 eV的功函数与PEDOT:PSS的HOMO能级（约5.1 eV）良好匹配，形成了欧姆接触，促进了空穴的有效收集与传输。
图3：CNT/Si/PEDOT:PSS混合太阳电池性能表征
该研究首次将碳纳米管薄膜作为透明电极应用于聚合物/硅杂化太阳能电池，验证了碳基电极替代昂贵金属电极的可行性，为开发低成本、高效率的有机/无机杂化光伏器件提供了新思路。
该研究工作得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金（2024D01A93、2022D01A220）和国家自然科学基金（62264014、12364035、12164048）等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmat.2025.101152.
