近日，中科院化學所的宋延林研究員、喬雅麗研究員團隊開發了一種基于二維氣泡模板自組裝方法制備的透明銀網格電極，并實現高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備。研究發現, 通過氣泡自組裝方法制備銀透明電極，可以實現銀納米粒子自下而上的緊密堆積與高效利用。半突起的銀網格結構通過擴散控制生長促進鈣鈦礦的均勻成核。同時，包埋的銀網格結構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能電池器件。在AM 1.5光照下光電轉換效率達到18.49%。相較于使用傳統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有望推動柔性光伏器件的進一步發展。
有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率已經突破了25%，引起學術界與工業界極大的關注。但是柔性器件效率始終低于剛性器件，是一個亟待解決的關鍵問題。為了提高柔性器件的效率，近年來的許多研究著重在新型透明電極的開發。與傳統ITO/PET電極光透過率差、方阻高相比，金屬納米結構作為透明電極能夠具備高導電性與光透過率，但是其較大的粗糙度影響了電荷傳輸的效率與器件的穩定性。因此，發展新的方法構筑有序可控的金屬納米結構，在提高導電性與光透過率的同時不損失電荷在界面處傳輸的效率，將是提升柔性鈣鈦礦太陽能電池效率的有效途徑。
本文要點
要點一：利用氣泡模板法組裝并轉印的透明銀網格兼具低方阻、高透光、低粗糙度等特點。
本工作通過利用氣泡模板法將銀納米顆粒組裝成均勻致密的銀網格結構，并通過犧牲層轉印的方法將銀網格包埋入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。
要點二：透明電極表面凸起的微結構促進了鈣鈦礦的均勻結晶，并優化了光生載流子的提取與傳輸。
凸起的銀網格結構在鈣鈦礦前驅體溶液結晶過程中起到了限域作用，從而促進了鈣鈦礦晶體的均勻生長。同時，有序的銀網格結構形成了定域化的載流子傳輸通道，從而優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) 紫外可見吸收與穩態熒光光譜；f,g）瞬態熒光衰減光譜。
要點三：半包埋銀網格電極有助于提升柔性太陽能電池中的光電轉化效率與電荷傳輸效率。
由于柔性銀網格的低方阻、高透光等特點，基于該透明電極的柔性鈣鈦礦太陽能電池器件效率（18.49%）明顯高于基于傳統ITO/PET電極的器件（15.11%），并表現出更優的電荷傳輸性能。
圖3：a) 太陽能電池的器件結構；b) J-V曲線；c) 外量子效率；d) AM 1.5 光照下穩態電流與效率；e,f) 不同光強下的Voc與Jsc；g)SCLC 曲線；h)暗態J-V曲線；i)電化學阻抗譜。
本文采用的氣泡模板自組裝制備柔性透明銀網格的方法，克服了傳統自上而下方法帶來的銀致密性不足與銀墨水浪費等問題，為柔性鈣鈦礦太陽能電池的開發提供了新的思路。
文章近期以Embossed transparent electrodes assembled by bubble templates for efficient flexible perovskite solar cells為題發表在Nano Energy。文章第一作者是中國科學院化學研究所博士生楊永瑞和閔凡一，通訊作者是中國科學院化學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
