浮法催化化學氣相沉積(FCCVD)制備單壁碳納米管(SWNTs)的方法在透明導電膜(TCF)的應用中顯示出巨大的潛力。在FCCVD中，降低碳納米管(CNTs)的濃度是一種公認的提高SWNT TCF電導率的方法，通過產生更薄和更長的碳納米管束來實現。然而，這種方法大大降低了產率，這在TCF發展過程中一直存在。本文報道了通過FCCVD生產大直徑雙壁碳納米管(DWNT) TCFs，克服了性能和收率之間的權衡。這些平均直徑為4 nm的DNWT TCFs在90%的透光率下具有35 Ω sq
-1的低阻片。這里的電導率與迄今為止報道的性能最好的SWNT TCFs一致，顯示出大于兩個數量級的產量。高性能和高成品率的主要因素是管徑的增大，這大大提高了碳納米管束成束的屈服閾值，導致管長和獨特結展寬。此外，DWNT TCFs在鈣鈦礦太陽能電池中的應用表現出17.4%的功率轉換效率，這在無銦碳納米管太陽能電池中尚未見報道。
圖1 不同FeCp
2蒸發溫度下碳納米管TCFs的電學和光學特性。a)碳納米管TCFs的吸收光譜。b) 633 nm激光激發的CNT TCFs的G帶和D帶在25、30、35、40和45 °C的IG/ID值分別為49、20、13、10和9.2。c)原始和摻雜AuCl
3的CNT薄膜在90%透過率-550nm下的薄片電阻。d) AuCl
3摻雜前后CNT TCFs的薄片電阻與透光率的關系。e)在35 C的FeCp
2溫度下在PET襯底上疊層生成的直徑為10厘米的DWNT TCF的光學圖像。f)本文生成的CNT TCFs與之前報道的CNT TCFs比較。
圖2 碳納米管TCFs在微尺度和納米尺度的顯微分析。a c) LY-SWNTs、MY-DWNTs和HY-DWNTs的SEM圖像。d) LY-SWNTs、MY-DWNTs和HY-DWNTs的TEM圖像。g)掃描電鏡圖像測量的束長度與LY-SWNT、MY-DWNT和HY-DWNT TCFs(分別從左到右的紅點)和之前報道的SWNT TCFs的比產率的對比。h)從TEM圖像測量的束直徑與比產率。i)每包計算的CNT數量與具體產量
圖3 MY-DWNT TCF的成分分析。a) MY-DWNT TCF的比例分布統計。b)顯示成分的MY-DWNT TCF的TEM圖像。c)不同直徑CNTs的能帶。對手性為(15,24)、(30,29)和(40,39)的單壁碳納米管進行了建模。d)在MY-DWNT TCF中結展寬。
圖4 CNT TCFs的AFM形態學圖像。a)LY-SWNT TCF。b) MY-DWNT TCF。c) HY-DWNT TCF。
圖5 CNT TCFs在PSCs中的應用。a)基于LY-SWNT TCF-、MY-DWNT TCF-和HY-DWNT TCF的PSCs三維示意圖。b)根據RS(上)和RSH(下)對CNTs基PSCs的比較。c) CNTs基PSCs的J-V曲線。d)鈣鈦礦薄膜(PVK)在不同碳納米管TCFs上的PL。e) HNO
3摻雜前后MY- DWNT基PSCs的J-V曲線。
相關科研成果由芬蘭阿爾托大學理學院Qiang Zhang，Hua Jiang, Il Jeon和Esko I. Kauppinen等人于2021年發表在Adv. Funct. Mater（DOI: 10.1002/adfm.202103397）上。原文：Large-Diameter Carbon Nanotube Transparent Conductor Overcoming Performance–Yield Tradeoff。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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