一个以来自亥姆霍兹柏林（HZB）的能源转换纳米结构研究所的Silke Christiansen教授为首的研究小组，使用有限的材料创造出一种具有高导电率的新型透明电极，可用于太阳能电池和其他光电子器件。该电极是由涂有铝掺杂的氧化锌的银纳米线的不规则网络结构而组成。

（Manuela Göbelt正在评价 SEM图像，以计算网络结构的局部程度。图片来源: Björn Hoffmann）

相对于传统的银网电，该新型电极的银用量要少近70倍。然而，它却拥有可以匹配传统电极的电导率。

基本上，需要被连接在太阳能电池“向阳面”的电极必须是导电而且透明的。因此，目前可用的电极是透明导电的铟锡氧化物（ITO）化合物层，或使用很薄的银片在一个粗孔格挤压到一个表面的制造方式。但是这两个选项都不是最合适的，因为银是相当昂贵的，而纳米银颗粒倾向于迅速氧化。同样地，在不久的将来，铟在地壳中仍属于高度稀有元素。

银纳米线网格

Silke Christiansen教授的团队里的一名博士生Manuela Göbelt，创造了一种聪明的新型解决方案，只使用一小部分银，而不使用任何铟，来组装一个技术上创新的电极。

最初，Göbelt采用湿化学方法将银纳米线分散在乙醇溶液中。使用移液管，将该悬浮液转移至基材上，即硅太阳能电池。当溶剂开始蒸发时，银纳米线开始自动组装成松散透明的网格，并依然保持密集的性质，这样便可以形成连续的电流通路。

使用AZO晶体封装

Göbelt使用原子层沉积方法来慢慢施加称为AZO的材料，这是一个高度掺杂的宽能隙半导体。AZO基本上是掺杂有铝的氧化锌。这种材料不像ITO那样昂贵，但同样是透明的，但导电没有那么好。

在这个过程中，少量AZO晶体在银纳米线上形成并完全覆盖它们。他们甚至填补了空隙。银纳米线的直径为120nm，并且被包裹在一层100nm厚的AZO里。

计算出来的质量图谱

测定这个新开发的复合电极的电导率会发现，它可以与传统的银栅电极想相媲美。而这个性能取决于纳米线的交联接触。这反过来又取决于银纳米线的长度，以及在悬浮液中的银纳米线的浓度。

在计算机的帮助下，研究人员能够提前精确定位纳米银线网络的程度。他们用扫描型电子显微镜分析了拍摄的图像，并从其中使用高级图像分析算法估计电极的导电性。

“我们正在调查连续的纳米线在何处会出现导电通路的中断，看看哪里的网络结构还没有最优化。”Ralf Keding解释道。即使使用高性能计算机，也花了将近5天时间，才计算出电极的优秀质量图谱。该小组目前正在努力增强软件，以减少计算时间。

“图像分析给了我们有价值的线索，关于我们需要在哪里集中力量提高性能，如通过改变纳米线的长度或溶液中纳米线的浓度增加网络，来提高覆盖较差地区的表现。”Göbelt说。

传统电极的实用性替代品

“我们已经开发出一种实用且具有成本效益的、传统的丝网印刷电极的替代品，以及被材料瓶颈所威胁的ITO通用类型电极”，Christiansen说道，他负责位于HZB 的能源转换纳米结构研究所，他额外领导一只位于马克斯普朗克光科学研究所的（MPL）研究团队。

只使用一小部分银，几乎无阴影效应

因此，这个新发明的电极与传统电极相比，每平方米只包含0.3克的银，传统电极要使用15-20克的银。此外，新的电极仅在太阳光下，产生一个较小的阴影。

“银纳米线网络十分精细，以致于几乎没有太阳光的能量转换是由于影子而损失掉的。”Göbelt解释道。相反地，她希望“甚至有可能，银纳米线可以散射光，而形成通过所谓的等离子体激元效应的控制的方式，作为太阳能电池的吸收剂”。

新材料在线编译整理——翻译：Gary    校正：摩天轮