浮法催化化学气相沉积(FCCVD)制备单壁碳纳米管(SWNTs)的方法在透明导电膜(TCF)的应用中显示出巨大的潜力。在FCCVD中，降低碳纳米管(CNTs)的浓度是一种公认的提高SWNT TCF电导率的方法，通过产生更薄和更长的碳纳米管束来实现。然而，这种方法大大降低了产率，这在TCF发展过程中一直存在。本文报道了通过FCCVD生产大直径双壁碳纳米管(DWNT) TCFs，克服了性能和收率之间的权衡。这些平均直径为4 nm的DNWT TCFs在90%的透光率下具有35 Ω sq^-1的低阻片。这里的电导率与迄今为止报道的性能最好的SWNT TCFs一致，显示出大于两个数量级的产量。高性能和高成品率的主要因素是管径的增大，这大大提高了碳纳米管束成束的屈服阈值，导致管长和独特结展宽。此外，DWNT TCFs在钙钛矿太阳能电池中的应用表现出17.4%的功率转换效率，这在无铟碳纳米管太阳能电池中尚未见报道。
 
 
图1 不同FeCp₂蒸发温度下碳纳米管TCFs的电学和光学特性。a)碳纳米管TCFs的吸收光谱。b) 633 nm激光激发的CNT TCFs的G带和D带在25、30、35、40和45 °C的IG/ID值分别为49、20、13、10和9.2。c)原始和掺杂AuCl₃的CNT薄膜在90%透过率-550nm下的薄片电阻。d) AuCl₃掺杂前后CNT TCFs的薄片电阻与透光率的关系。e)在35 C的FeCp₂温度下在PET衬底上叠层生成的直径为10厘米的DWNT TCF的光学图像。f)本文生成的CNT TCFs与之前报道的CNT TCFs比较。
 
  
图2 碳纳米管TCFs在微尺度和纳米尺度的显微分析。a c) LY-SWNTs、MY-DWNTs和HY-DWNTs的SEM图像。d) LY-SWNTs、MY-DWNTs和HY-DWNTs的TEM图像。g)扫描电镜图像测量的束长度与LY-SWNT、MY-DWNT和HY-DWNT TCFs(分别从左到右的红点)和之前报道的SWNT TCFs的比产率的对比。h)从TEM图像测量的束直径与比产率。i)每包计算的CNT数量与具体产量
 
 
图3 MY-DWNT TCF的成分分析。a) MY-DWNT TCF的比例分布统计。b)显示成分的MY-DWNT TCF的TEM图像。c)不同直径CNTs的能带。对手性为(15,24)、(30,29)和(40,39)的单壁碳纳米管进行了建模。d)在MY-DWNT TCF中结展宽。
 
  
图4 CNT TCFs的AFM形态学图像。a)LY-SWNT TCF。b) MY-DWNT TCF。c) HY-DWNT TCF。
 
  
图5 CNT TCFs在PSCs中的应用。a)基于LY-SWNT TCF-、MY-DWNT TCF-和HY-DWNT TCF的PSCs三维示意图。b)根据RS(上)和RSH(下)对CNTs基PSCs的比较。c) CNTs基PSCs的J-V曲线。d)钙钛矿薄膜(PVK)在不同碳纳米管TCFs上的PL。e) HNO₃掺杂前后MY- DWNT基PSCs的J-V曲线。
  
        相关科研成果由芬兰阿尔托大学理学院Qiang Zhang，Hua Jiang, Il Jeon和Esko I. Kauppinen等人于2021年发表在Adv. Funct. Mater（DOI: 10.1002/adfm.202103397）上。原文：Large-Diameter Carbon Nanotube Transparent Conductor Overcoming Performance–Yield Tradeoff。

转自《石墨烯研究》公众号