高透太阳能电池中银铜纳米线电极的合成与应用

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文章题目：Synthesis and application of silver and copper nanowires in high transparent solar cells

第一作者：杨金鹏

通信作者：胡广志 孙韬

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文章简介

在国际动荡和环境恶化的背景下，柔性高透太阳能电池在建筑集成化，功能结构以及新能源汽车等应用场景有着巨大的发展潜力。而柔性电极在柔性高透太阳能电池中是极为重要的构件之一。金属纳米线，特别是银和铜纳米线 (Ag/Cu NWs)，由于具有出色的柔韧性、高透射率和突出的导电性，已被开发用于各类太阳能电池。基于此，云南大学的胡广志教授，陈安然副教授，周尧副教授，孙韬副教授对银与铜纳米线电极在高透太阳能电池领域中的应用过程中的优势及阻碍进行了总结，分析了各合成方法的原理以及优势所在，归纳了各类提升银与铜纳米线透明电极性能的方法。最后就制约银与铜纳米线电极发展的瓶颈提出了几个改进方向，为柔性透明电极的发展提供了改良思路。

实现高性能银铜纳米线电极的四个途径无外乎从合成、刻蚀及器件组装等方面进行优化。多元醇法是当前银铜纳米线的主流合成方法，多元醇法不需要水热法高温高压的苛刻合成条件，其温和的反应环境有利于大规模的制备。银铜纳米线在制备成电极的过程中的刻蚀，焊接同样对于器件性能的提升是十分重要的，恰当的刻蚀可以有效地降低电阻，提升电极透射率。此外，进行结构的设计使电极的能级结构更加适配，并且能够适当地提升电极的耐腐蚀性与相容性，使太阳能电池满足多场景的应用需求。本工作总结讨论了银铜纳米线电极最新的合成方法与优化策略，并且研究了在不同太阳能电池中的应用场景。

图1. 柔性银铜纳米线电极的优化策略

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亮点

(1)本文总结从银铜纳米线的合成方法，电极集成方法，器件组装测略等方面较为全面地分析了银铜纳米线电极当前的研究进展，并且对比分析了银铜纳米线电极在高透太阳能电池中的利与弊。

(2)重点归纳了银铜纳米线电极在钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池中的应用，并从能级结构，界面接触等方面分析了其应用优势及面临的挑战，针对银铜纳米线电极高活性提出了改进意见。

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结论本文研究了多元醇/微波合成方法和蚀刻/焊接形态优化方法以及电极中银/铜纳米线的一些粘附过程。每种工艺都会对透明电极的性能产生不同的影响，特别是纳米线间距、纳米线的纵横比和纳米线之间的接触程度对TCE的光电性能有很大的影响。选择和优化不同的处理程序以改变各种关键参数（透射率、薄片电阻、雾度等），对于提高TSCs中NWs TCE的pro非常重要。例如，在通常的涂覆过程中，我们可以改变纳米线导电膏的浓度来控制纳米线电极网的浓度，然后控制TCE的透射率和电导率等参数。同时，对于高透太阳能电池器件的粘接过程，无论是用于钙钛矿电池、有机电池还是DSSC，蚀刻、焊接和涂层过程产生的影响都会极大地影响器件的PCE性能和回收寿命。为了防止这种损失，有必要优化透明电极的能级结构，无论是在顶部电极还是在底部电极，以实现不同的功能。此外，在TCE和有源层之间引入界面修饰层也是一种有效的策略，以使能级更适合提高载流子传输效率和光伏性能。金属纳米晶tce在高透明太阳能电池器件方面有很大的发展空间。图2. 柔性银铜纳米线电极存在的主要及发展方向04
作者简介胡广志教授，云南大学，博士生导师。本科及硕士毕业于安徽师范大学，博士毕业于中科院兰州物理与化学研究所，于2014-2018年在中国科学院新疆理化技术研究所担任研究员，博士生导师，2018年至今担任云南大学高原湖泊生态与治理研究院研究员。入选云南省千人计划-高层次人才项目，主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金-青年基金、国家自然科学基金-面上项目、新疆维吾尔自治区科技厅国际合作项目等10余项国家和地方科研项目，经费总额1800多万元。第一/通讯作者SCI论文71篇（含Nature Communications (3篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (2篇)、J. Am. Chem. Soc. (1篇)、Adanced Endergy Materials (1篇)、Nano Energy (2篇)、Chemical Communications（2篇）J. Mater. Chem. (2篇)等在内的30篇一区SCI论文，14篇影响因子超过10）。共发表SCI论文112篇，合计被引用3300多次（Google Scholoar统计），3篇论文入选ESI高被引论文。孙韬，云南大学材料与能源学院副研究员，硕士生导师；云南大学科技部光电子中英联合研究中心秘书，主要研究方向为二维纳米光电催化材料与器件合成组装工艺。2011年毕业于澳大利亚新南威尔士大学化学工程专业获硕士学位，2015年毕业于澳大利亚格里菲斯大学材料科学与工程专业，获博士学位。2016在格里菲斯大学清洁能源中心担任研究员助理职务后赴美国先进涂料纽约总公司任实习工程师。2016年12月加入云南大学材料与能源学院。2018年入选云南大学东陆中青年骨干教师培养计划，2018年云南省“千人计划”青年项目，以第一作者和通讯作者发sci论文30余篇，主持并参加国家自然科学基金、澳大利亚研究理事会基金、云南省应用科学专项基金5项；培养研究生中有多人进入北京航空航天大学，复旦大学，上海交通大学进行进一步深造。05
文章信息Jinpeng Yang, Fayin Yu, Anran Chen, Shuwen Zhao, Yao Zhou, Shusheng Zhang, Tao Sun, Guangzhi Hu. Synthesis and application of silver and copper nanowires in high transparent solar cells. Adv. Powder Mater., 2022,1,100045. https://doi.org/10.1016/j.apmate.2022.100045.

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