中文摘要：

批量制备高质量的碳纳米管是其规模应用的基础。本项目拟改进碳纳米管的制备工艺，以实现可控、连续地制备大面积、优质、多功能的碳纳米管薄膜。研究对碳纳米管的直径、层数、结晶程度以及碳纳米管薄膜的厚度、透光率等参数进行控制。并研究碳纳米管连续、快速生长机制。项目还研究碳纳米管薄膜与硅构成的异质结太阳能电池。拟通过调节碳纳米管的结构、质量以及改善异质结界面等参数来提高太阳能电池的性能，将碳纳米管硅异质结太阳能电池的转换效率提高至15%以上；并揭示碳纳米管/硅异质结太阳能电池的光电转换机制等物理问题，为碳纳米管在可再生清洁能源领域的实际应用奠定基础。

结论摘要：

根据实际应用的性能需求，批量制取特定形态、结构和性能的碳纳米管（CNTs），是其工业化应用的关键。本项目针对大面积、高效率碳纳米管/硅（CNT/Si）异质结太阳能电池的实际需求，研究了大面积、连续、优质碳纳米管薄膜的快速生长工艺，旨在促进碳纳米管的实际应用。本课题系统研究了大面积碳纳米管薄膜的连续制取工艺，设计了一套可实现大面积、优质碳纳米管薄膜连续生长的卧式浮动化学气相沉积设备，实现了优质碳纳米管薄膜稳定、连续、快速生长，生长速率可达500~800 米/小时。分别研究了反应温度、氢气流量、氦气流量、水的进给量等参数对碳纳米管的结构、纯度、连续性的影响规律，由此实现了优质单壁、双壁碳纳米管薄膜的有选择性生长。研究发现温度对碳纳米管直径影响最大；氢气和氦气则主要影响碳纳米管的导电类型。优化了CNT/Si异质结界面，通过硝酸、双氧水掺杂，可以稳定制作出转换效率大于10%的CNT/Si太阳能电池。通过调控碳纳米管表面的氧气和水的吸附，可使CNT/Si异质结电池的性能保持稳定30天以上。通过在CNT/Si异质结表面旋涂TiO2减反层，可制备出转换效率达15%的CNT/Si太阳能电池。利用碳纳米管条带作为栅线电极，制作出了面积达200mm2、转换效率达10%以上的CNT/Si太阳能电池。利用化学腐蚀工艺，制作出了厚度可控的单晶硅薄膜，由此制作出了可弯折的CNT/Si太阳能电池。另外，本课题还利用优质碳纳米管薄膜制作出了电导率达1.6×106 S/m的碳纳米管导线纤维。通过调控薄膜中的金属型碳纳米管比例，将碳纳米管宏观薄膜的电导率提升至1.2×107 S/m量级，促进了优质碳纳米管作为优质导线的应用。本课题还开发碳纳米管薄膜在超级电容器领域中的潜在应用。通过负载聚苯胺和聚吡咯，开发出比电容达430 F/g的柔性超级电容器。基于上述研究成果，发表了18篇高水平学术论文，申请了4项国家发明专利。项目先后有2名教师，3名博士生，7名硕士生，1名合同制工作人员承担了主要研究工作，已经培养出了2名博士、6名硕士。