和目前光伏領域所研究的鈣鈦礦、半導體薄膜、量子點等材料相比，碳納米管-硅電池將傳統硅材料和新型碳納米材料兩者優良的光電性能相結合，有望成為下一代光伏候選技術。

北京大學工學院課題組構建了新型碳納米管-硅異質結太陽能電池，并圍繞研究目標在提高效率、增加電池面積兩個方面進行了系統深入的研究，近年來取得了一系列進展：

（1）制備了刺繡型碳納米管-石墨烯復合薄膜，獲得了小面積（0.09c㎡）、能量轉換效率為15%的碳納米管-硅太陽能電池，分析了其工作機制。

采用化學氣相沉積法在碳納米管網絡孔隙中生長石墨烯，合成了碳納米管與石墨烯完美結合的刺繡型雙連續復合薄膜（Adv. Mater. 2015, 27, 682）。作為全碳基高導電透明電極，與單晶硅片結合制備太陽能電池。其中，碳納米管和石墨烯均可以與硅構成異質結，協同作用，將在界面處分離的載流子（空穴）快速傳輸到外電路。結合課題組前期建立的化學摻雜、凝膠減反層技術，在電池受光面積為0.09 c㎡、標準輻照條件下獲得了15.2%的能量轉換效率。并測試分析了碳納米管-硅及石墨烯-硅兩種接觸界面在電池中的作用機制，發現石墨烯-硅接觸界面具有更好的穩定性和電池效率（ACSApplied Materials & Interfaces2015, 7, 17088）。

（2）開發了新型界面優化技術，制備了小面積、能量轉換效率達18%的碳納米管-硅太陽能電池， 這是目前國際上同類電池的最高水平。

近年來，課題組采用化學摻雜、減反等技術已經將碳納米管-硅電池的效率提高到15%的水平。但是，該效率能否進一步提高，是面臨的挑戰。硅表面及界面的處理優化是目前關注的一個更重要角度，研究發現，界面處理對碳納米管-硅電池能產生重要作用。利用碳納米管薄膜的二維網絡結構特點，采用熱蒸發方法在碳納米管-硅電池表面蒸鍍一層厚度精確可調的氧化鎢，填充于網絡孔隙之中，一方面對裸露的硅片表面進行鈍化，另一方面也保留了碳納米管與硅之間的接觸，形成穿插在鈍化層中的導電通道。寬帶隙的氧化鎢對硅表面進行有效的鈍化，同時不影響電池的光吸收，還能起到空穴萃取的作用，便于載流子分離。高導電的單壁18碳納米管網絡則將分離后的空穴快速導出。在面積為0.09c㎡時電池效率達到18%。之前報道的碳納米管-硅或石墨烯-硅太陽能電池的最高效率為15%或（面積更小時）17%，相比之下，該款電池的效率更高。

（3）綜合運用碳納米管條帶電極和界面優化技術，制備了大面積（2 c㎡）、效率為10%-15%的碳納米管-硅太陽能電池。

碳納米管-硅太陽能電池的研究也引起了國際同行的關注和參與，目前文獻所報道的大部分電池都是基于較小的窗口吸光面積（0.008-0.15c㎡之間），以求獲得較高的效率。然而，實際應用往往需要單個電池面積至少達到1 c㎡。基于此，本課題組探索了隨著電池面積的增加，效率的衰減及各參數的變化趨勢，發現了影響大面積電池效率的關鍵因素：碳納米管薄膜的面電阻與載流子的復合率。針對這兩個因素， 課題組采用結構相似的碳納米管條帶電極，提高在大面積條件下對載流子的收集與傳導效率，制備了面積超過2 c㎡，效率為10%的碳納米管-硅電池（Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1600095）。