I 1871 fant han nær Novaja Semljas nordspiss leirplassen etter Willem Barents, som oppdaget Bjørnøya og Spitsbergen i 1596. Denne vinterleiren var blitt benyttet av Barents og hans mannskap ikke lenge før Barents' død. Hytten var i god stand da Carlsen fant den, og han laget en skisse av hvordan den var blitt konstruert. Han fant to kokekar av kobber, en tønne, en verktøyskrin, en klokke, et kubein, en fløyte, en del klær, to tomme kister, et trebent kokestativ og en rekke bilder. Carlsens ekspedisjon tok med seg funnene og skjenket dem til den nederlandske regjering; gjenstandene ble bragt i forvaring i marinedepartementet i Haag.