Nano Energy:單壁碳納米管的高效柔性透明p型複合電極的合理設計

2020-12-05 材料分析與應用

本文要點：

新型p型柔性透明導電膜（TCF）。在90％的透射率下記錄的低等效薄層電阻為17Ω/ sq。機械柔韌性，電阻變化≤5％。具有p型TCF和a-Si：H的混合太陽能電池，效率達到創紀錄的8.8％。

成果簡介

透明電極在電子和能源技術中非常重要。目前，透明導電氧化物主要是主導市場的n型導體，並限制了技術進步。單壁碳納米管（SWCNT）因其優越的空穴遷移率，導電性，透明度，柔韌性和調節功函數的可能性而成為有前途的p型透明導體。在這裡，開發了一種基於單壁碳納米管（SWCNT）與聚（3,4-乙撐二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS），氧化鉬和SWCNT纖維結合的p型柔性透明導電膜（TCF）的新穎合理設計。在SWCNTs-MoO 3的配置中-PEDOT：PSS / SWCNT纖維，我們在550 nm處的透射比達到了創紀錄的17Ω/ sq薄層電阻，具有90％的透光率。我們證明，在提出的電極和氫化非晶矽（a-Si：H）的基礎上開發的太陽能電池可產生出色的短路電流密度J sc = 15.03 mA / cm 2，並具有創紀錄的PCE功率轉換效率對於SWCNTs / a-Si：H混合太陽能電池 。預計這種經過合理設計的新穎p型TCF將為廣泛的能源技術開闢一條新途徑，其中高空穴電導率和材料的透明性是成功實施這些技術的前提。

圖文導讀

圖1。使用溼拉技術的SWCNT纖維製造工藝

圖2。各種類型電極的表面形態：（a）原始SWCNT；（b） MoO 3 -SWCNT；（c）PEDOT：PSS-MoO 3 -SWCNTs複合材料；和（d） PEDOT：PSS-的MoO 3 -摻雜的單壁碳納米管的複合材料。（e） TCF的各個成分的光學透射率：原始和摻雜的SWCNT膜，SWCNT + MoO 3，PMMA和不同類型的TCF：TCF1，TCF2，TCF3和TCF4。為了比較，還給出了SWCNT纖維和摻雜的SWCNT纖維的透射光譜。（f） TCF3在聚醯亞胺基材上的照片；和（g）TCF4電阻在50,000個彎曲周期中以20°，45°，90°和180°的角度變化，曲率半徑從10到1.6mm -1。

圖3。實驗數據的比較和曲線的模擬

圖4。（a） TCF1 製造的太陽能電池平衡圖的比較；（b） TCF2；（c） TCF3和TCF4。

小結

開發出一種新穎的高效柔性柔性p型導體的合理設計，將SWCNT的優越性能與PEDOT：PSS，MoO 3和SWCNT纖維網格相結合，形成了一種複合材料。薄的多組分層的使用和高導電SWCNT纖維的引入已導致TCF開發的重大改進。這樣的SWCNT纖維由於其高導電性和簡單的沉積工藝而可以代替傳統的金屬觸點。

最後，可預見的是，這種新型p型TCF與更好的鈍化，光捕獲方案和納米結構相結合的未來發展將徹底改變未來的光伏器件。然而，新穎的p型複合材料的應用不僅限於太陽能電池。合理的設計和室溫處理為在其他科學和技術領域的多種應用中的透明和靈活的電極實現開闢了廣闊的前景。

參考文獻：

Rational design of highly efficient flexible and transparent p-type composite electrode based on single-walled carbon nanotubes

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