Fabrication of high performance and high durability transparent conductive films based on Cu nanowires and their applications to solar cells

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H04324
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 64050:Sound material-cycle social systems-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Shun Yokoyama 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30706809)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 隆 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (40302187)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 銅 / ナノワイヤ / 太陽電池 / 透明導電膜 / アスペクト / 酸化 / 被覆

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study was to fabricate low-cost, high-performance, and highly durable transparent conducting films using copper nanowires and to apply the nanowires to solar cells as the transparent conductive films. In the green synthesis method we developed, the aspect ratio of the nanowires, which determines the film performances, was increased from 130 to 760, and the performance of the transparent conductive film using the nanowire was successfully improved to the same level as that of ITO. Since copper nanowires are easily oxidized and their performance degrades immediately in air, we developed green coating methods using silver and metal oxides, which also improves durability, and succeeded in achieving high durability of more than 300 hours under high temperature and humidity conditions.

Free Research Field

ナノ材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

太陽電池の透明導電膜として酸化インジウムスズ(ITO)が主に使用されるが、Inの希少性や毒性の観点から、代替材料の開発が急務であるが、未だITOより優れる材料はない。その中で、銅ナノワイヤは潜在的に高性能が予測され、低コストであることから代替が期待されている。銅ナノワイヤの低コストおよび性能を引き出すには、低コストな合成法においてナノワイヤのアスペクト比を増加させることに加え、ナノワイヤの表面酸化による性能低下を抑制することが必要不可欠であった。そこで、本研究では代表者が独自に開発した合成において、アスペクト比増加と低コストな表面被覆法を開発し、銅ナノワイヤの問題点を克服することに成功した。