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  近日，中科院化學(xué)所的宋延林研究員、喬雅麗研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于二維氣泡模板自組裝方法制備的透明銀網(wǎng)格電極，并實(shí)現(xiàn)高效柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備。研究發(fā)現(xiàn), 通過(guò)氣泡自組裝方法制備銀透明電極，可以實(shí)現(xiàn)銀納米粒子自下而上的緊密堆積與高效利用。半突起的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)通過(guò)擴(kuò)散控制生長(zhǎng)促進(jìn)鈣鈦礦的均勻成核。同時(shí)，包埋的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為定域化的載流子傳輸通道提升了光生載流子的分離效率。他們采用這種透明電極，成功制備了柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件。在AM 1.5光照下光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.49%。相較于使用傳統(tǒng)ITO/PET電極的器件PCE提升了20%。這種半包埋柔性透明電極的研發(fā)有望推動(dòng)柔性光伏器件的進(jìn)一步發(fā)展。

  有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破了25%，引起學(xué)術(shù)界與工業(yè)界極大的關(guān)注。但是柔性器件效率始終低于剛性器件，是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。為了提高柔性器件的效率，近年來(lái)的許多研究著重在新型透明電極的開(kāi)發(fā)。與傳統(tǒng)ITO/PET電極光透過(guò)率差、方阻高相比，金屬納米結(jié)構(gòu)作為透明電極能夠具備高導(dǎo)電性與光透過(guò)率，但是其較大的粗糙度影響了電荷傳輸?shù)男逝c器件的穩(wěn)定性。因此，發(fā)展新的方法構(gòu)筑有序可控的金屬納米結(jié)構(gòu)，在提高導(dǎo)電性與光透過(guò)率的同時(shí)不損失電荷在界面處傳輸?shù)男�，將是提升柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的有效途徑。

本文要點(diǎn)

  要點(diǎn)一：利用氣泡模板法組裝并轉(zhuǎn)印的透明銀網(wǎng)格兼具低方阻、高透光、低粗糙度等特點(diǎn)。

  本工作通過(guò)利用氣泡模板法將銀納米顆粒組裝成均勻致密的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并通過(guò)犧牲層轉(zhuǎn)印的方法將銀網(wǎng)格包埋入PDMS基底以降低其粗糙度。

圖1：a) 柔性電極的制作過(guò)程；b-d) 柔性電極的掃描電鏡照片；e) 柔性電極的原子力顯微鏡照片。

  要點(diǎn)二：透明電極表面凸起的微結(jié)構(gòu)促進(jìn)了鈣鈦礦的均勻結(jié)晶，并優(yōu)化了光生載流子的提取與傳輸。

  凸起的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液結(jié)晶過(guò)程中起到了限域作用，從而促進(jìn)了鈣鈦礦晶體的均勻生長(zhǎng)。同時(shí)，有序的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形成了定域化的載流子傳輸通道，從而優(yōu)化了光生載流子的提取與傳輸。

圖2：a) 鈣鈦礦在柔性電極表面結(jié)晶的示意圖；b) 鈣鈦礦薄膜的表面掃面電子顯微鏡圖片；c,d) 掠入射廣角X射線散射（GIWAX）圖樣；e) 紫外可見(jiàn)吸收與穩(wěn)態(tài)熒光光譜；f,g）瞬態(tài)熒光衰減光譜。

  要點(diǎn)三：半包埋銀網(wǎng)格電極有助于提升柔性太陽(yáng)能電池中的光電轉(zhuǎn)化效率與電荷傳輸效率。

  由于柔性銀網(wǎng)格的低方阻、高透光等特點(diǎn)，基于該透明電極的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件效率（18.49%）明顯高于基于傳統(tǒng)ITO/PET電極的器件（15.11%），并表現(xiàn)出更優(yōu)的電荷傳輸性能。

圖3：a) 太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)；b) J-V曲線；c) 外量子效率；d) AM 1.5 光照下穩(wěn)態(tài)電流與效率；e,f) 不同光強(qiáng)下的V_oc與J_sc；g)SCLC 曲線；h)暗態(tài)J-V曲線；i)電化學(xué)阻抗譜。

  本文采用的氣泡模板自組裝制備柔性透明銀網(wǎng)格的方法，克服了傳統(tǒng)自上而下方法帶來(lái)的銀致密性不足與銀墨水浪費(fèi)等問(wèn)題，為柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)提供了新的思路。

  文章近期以Embossed transparent electrodes assembled by bubble templates for efficient flexible perovskite solar cells為題發(fā)表在Nano Energy。文章第一作者是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所博士生楊永瑞和閔凡一，通訊作者是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所宋延林研究員和喬雅麗研究員。

  文章鏈接： 

  Embossed transparent electrodes assembled by bubble templates for efficient flexible perovskite solar cells

  https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106384