فيلم الشفافية

تُستخدم أكاسيد المعادن الموصلة الشفافة (TCO) المُطعّمة في الأجهزة الكهروضوئية، مثل شاشات العرض المسطحة والخلايا الكهروضوئية (بما في ذلك الأجهزة غير العضوية والعضوية والخلايا الشمسية الحساسة للأصباغ ). تُصنع معظم هذه الأغشية ببنية مجهرية متعددة البلورات أو غير متبلورة . عادةً، تستخدم هذه التطبيقات مواد أقطاب كهربائية ذات نفاذية ضوئية تزيد عن 80%، بالإضافة إلى موصلية كهربائية أعلى من 10³ سيمنز ^/ سم لنقل الشحنات بكفاءة. بشكل عام، يجب أن تتمتع أكاسيد المعادن الموصلة الشفافة المستخدمة كأقطاب كهربائية رقيقة في الخلايا الشمسية بتركيز أدنى للشحنات يبلغ حوالي 10²⁰ ^سم⁻³ لمقاومة منخفضة ^، وفجوة طاقة أكبر من 3.2 إلكترون فولت لتجنب امتصاص الضوء في معظم أطياف الشمس. ^{[ 13 ]} عادةً ما تكون حركة الإلكترونات في هذه الأغشية محدودةً بسبب تشتت الشوائب المتأينة نتيجةً للكمية الكبيرة من ذرات الشوائب المتأينة، وتبلغ حوالي 40 ^سم² / (فولت·ثانية) لأفضل أكاسيد الموصلات الشفافة. تُعد أكاسيد الموصلات الشفافة المستخدمة حاليًا في الصناعة موصلات من النوع n في المقام الأول، أي أن توصيلها الأساسي يكون عن طريق منح الإلكترونات. ويعود ذلك إلى أن حركة الإلكترونات عادةً ما تكون أعلى من حركة الفجوات، مما يجعل من الصعب إيجاد مستقبلات سطحية في أكاسيد ذات فجوة نطاق واسعة لتكوين عدد كبير من الفجوات. لا تزال الأبحاث جارية على تطوير أكاسيد موصلة شفافة مناسبة من النوع p، على الرغم من أن أفضلها لا يزال متأخرًا بفارق كبير عن أكاسيد الموصلات الشفافة من النوع n. كان أكسيد ديلافوسيت CuAlO₂ من أوائل أكاسيد الموصلات الشفافة من النوع p _؛ ففي عام 1997، أبلغ كاوازوي وآخرون عن توصيل كهربائي من النوع p في أغشية رقيقة شفافة من CuAlO₂ _، مما ساهم في ترسيخ أبحاث أشباه الموصلات من الأكاسيد الشفافة من النوع p. ^{[ 14 ]} يؤدي انخفاض تركيز حاملات الشحنة في أكاسيد المعادن الشفافة الموصلة مقارنةً بالمعادن إلى تحويل رنين البلازمون الخاص بها إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة . ^{[ 15 ]} 

حتى الآن، يُعدّ أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) المعيار الصناعي في مجال الأغشية الموصلة الشفافة (TCOs) . يتميز هذا المركب بمقاومة كهربائية منخفضة تبلغ حوالي 10⁻⁴ ^أوم ·سم ونفاذية ضوئية تتجاوز 80%. ^{[ 16 ]} إلا أن ارتفاع سعر ITO يُعدّ عيبًا رئيسيًا. فالإنديوم ، المعدن الأساسي في هذا المركب، نادر (6000 طن متري عالميًا عام 2006)، ويتذبذب سعره تبعًا لطلب السوق (أكثر من 800 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد عام 2006). ^{[ 17 ]} لهذا السبب، اقتُرحت مركبات ثنائية مُطعّمة، مثل أكسيد الزنك المُطعّم بالألومنيوم (AZO) وأكسيد الكادميوم المُطعّم بالإنديوم، كمواد بديلة. يتكون AZO من الألومنيوم والزنك، وهما مادتان شائعتان ورخيصتان، بينما يستخدم أكسيد الكادميوم المُطعّم بالإنديوم الإنديوم بتراكيز منخفضة فقط. تُعطي العديد من شوائب المعادن الانتقالية في أكسيد الإنديوم، وخاصة الموليبدينوم، حركية إلكترونية وموصلية أعلى بكثير مما يتم الحصول عليه باستخدام القصدير ^{[ 18 ]} ، ويُعد التنتالوم بديلاً واعداً لشوائب أكسيد القصدير ^{[ 19 ]} . تشمل أكاسيد موصلة شفافة جديدة أخرى ستانات الباريوم وأكاسيد المعادن المرتبطة بها، مثل فانادات السترونتيوم وفانادات الكالسيوم.

^{تم تطوير مركبات ثنائية من أكاسيد المعادن، خالية من أي شوائب متعمدة ،} لاستخدامها كأكاسيد موصلة شفافة. تتميز هذه الأنظمة عادةً بأنها من النوع السالب (n-type) بتركيز حاملات شحنة يبلغ حوالي 10²⁰ ^سم⁻³ ، ناتج عن أيونات المعادن البينية وفراغات الأكسجين التي تعمل كلاهما كذرات مانحة. مع ذلك، لم تجد هذه الأكاسيد الموصلة الشفافة البسيطة استخدامًا عمليًا نظرًا لاعتماد خصائصها الكهربائية بشكل كبير على درجة الحرارة والضغط الجزئي للأكسجين . ^{[ 13 ]}

في الأبحاث الحالية، تسعى المختبرات إلى تحسين الخصائص الكهربائية والبصرية لبعض أكاسيد المعادن الشفافة الموصلة (TCOs). يقوم الباحثون بترسيب هذه الأكاسيد على العينة باستخدام جهاز الترسيب بالرش. وقد تم تغيير الأهداف، حيث يدرس الباحثون مواد مثل أكسيد الإنديوم والزنك (IZO) وأكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) وأكسيد الألومنيوم والزنك (AZO)، ويعملون على تحسين هذه المواد من خلال تغيير معايير جهاز الترسيب بالرش. عند تغيير معايير مثل تركيز الغازات داخل جهاز الرش، والضغط داخله، وقوة الرش، والضغط، يتمكن الباحثون من الحصول على تراكيز مختلفة لحاملات الشحنة ومقاومات سطحية مختلفة. يؤثر تركيز حاملات الشحنة على تيار الدائرة القصيرة للعينة، كما يؤثر تغير المقاومة السطحية على عامل الملء. وقد قام الباحثون بتغيير المعايير بشكل كافٍ ووجدوا توليفات تُحسّن تيار الدائرة القصيرة وعامل الملء لأكاسيد المعادن الشفافة الموصلة، مثل أكسيد الإنديوم والقصدير.

تُزرع أكاسيد المعادن المُطعّمة، المُستخدمة كطبقات موصلة شفافة في الأجهزة الكهروضوئية، عادةً على ركيزة زجاجية . توفر هذه الركيزة الزجاجية، بالإضافة إلى كونها دعامة لنمو الأكسيد، ميزة إضافية تتمثل في حجب معظم أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء التي تزيد عن 2  ميكرومتر لمعظم السيليكات، وتحويلها إلى حرارة في الطبقة الزجاجية. وهذا بدوره يُساعد في الحفاظ على درجة حرارة منخفضة للمنطقة النشطة في الخلية الشمسية، التي يتدهور أداؤها مع ارتفاع درجة حرارتها. يمكن ترسيب أغشية الأكاسيد الموصلة الشفافة على الركيزة من خلال طرق ترسيب متنوعة، بما في ذلك الترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني ، والترسيب الجزيئي العضوي المعدني، والترسيب من المحلول، والتحلل الحراري بالرش، وأكسيد الجرافين المرشوش بفوهة فوق صوتية ، وأسلاك الفضة النانوية المرشوشة بالهواء ^{[ 20 ]} ، والترسيب بالليزر النبضي (PLD). مع ذلك، تتضمن تقنيات التصنيع التقليدية عادةً الترسيب بالرش المغناطيسي للغشاء. تُعد عملية الترسيب بالرش غير فعالة للغاية، حيث لا يتوفر سوى 30% من مادة الهدف المستوية للترسيب على الركيزة. تُحقق الأهداف الأسطوانية كفاءة استخدام تقارب 80%. في حالة أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، يُعدّ إعادة تدوير مادة الهدف غير المستخدمة ضروريًا للإنتاج الاقتصادي. أما بالنسبة لأكسيد الزنك والألومنيوم (AZO) أو أكسيد الزنك والألومنيوم (ZnAl)، فإن مادة الهدف رخيصة بما يكفي بحيث لا يُشكّل استعادة المواد المستخدمة أي مشكلة. مع ذلك، ثمة بعض المخاوف بشأن وجود حدٍّ ماديٍّ لكمية الإنديوم المتاحة لأكسيد الإنديوم والقصدير. ^{[ 21 ]} عادةً ما تتم عملية النمو في بيئة مُختزلة لتعويض عيوب المُستقبِل داخل الطبقة (مثل الفراغات المعدنية)، والتي تُقلّل من تركيز حاملات الشحنة (في حالة النوع السالب). ^{[ 13 ]}

في ترسيب الأغشية الرقيقة من أكسيد الزنك والألومنيوم (AZO)، تُعدّ طريقة الطلاء بالرش المغنطروني التفاعلي وسيلة اقتصادية وعملية للغاية للإنتاج بكميات كبيرة. في هذه الطريقة، يُرش هدف من الزنك والألومنيوم في جو من الأكسجين، بحيث تتأكسد أيونات المعدن عند وصولها إلى سطح الركيزة. وباستخدام هدف معدني بدلاً من هدف أكسيدي، يُمكن استخدام الرش المغنطروني بالتيار المستمر، مما يُتيح معدلات ترسيب أسرع بكثير.

تنشأ حاملات الشحنة في هذه الأكاسيد من النوع السالب من ثلاثة مصادر أساسية: شوائب أيونات المعادن البينية، وفراغات الأكسجين، وأيونات التطعيم. يعمل المصدران الأولان دائمًا كمانحين للإلكترونات؛ بل إن بعض الأكاسيد الموصلة الشفافة تُصنع باستخدام هذين المصدرين الجوهريين فقط كمولدات لحاملات الشحنة. عندما يوجد فراغ أكسجين في الشبكة البلورية، فإنه يعمل كمانح للإلكترونات مضاعف الشحنة. في أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، على سبيل المثال، يتسبب كل فراغ أكسجين في استقرار مدارات 5s لأيون الإنديوم ^(In³⁺ ) المجاور بعيدًا عن نطاق التوصيل 5s بسبب الروابط المفقودة مع أيون الأكسجين، بينما يُحاصر إلكترونان في الموقع نتيجة لتأثيرات التعادل الكهربائي. يؤدي استقرار مدارات 5s هذا إلى تكوين مستوى مانح لأيون الأكسجين، والذي حُدد عند 0.03 إلكترون فولت أسفل نطاق التوصيل. ^{[ 22 ]} وبالتالي، تعمل هذه العيوب كمانحات سطحية للبلورة الأساسية. يُعرف هذا النوع من التنشيط عادةً باسم تدوين كروجر-فينك ، ويُكتب على النحو التالي:

$${\displaystyle {\ce {O_{O}^{\mathit {x}}<=>{V_{O}^{\bullet \bullet }}+{1/2O2(g)}+2e'}}}$$

يشير الحرف "O" في الرموز السفلية إلى أن كلاً من ذرة الأكسجين المرتبطة في البداية والفراغ الناتج يقعان على موقع في شبكة الأكسجين، بينما تشير الرموز العلوية على ذرة الأكسجين والفراغ إلى الشحنة. وبالتالي، ولتحسين خصائصها الكهربائية، تُنمّى أغشية أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) وغيرها من الأكاسيد الموصلة الشفافة في بيئات مُختزلة، مما يُشجع على تكوين فراغات الأكسجين.

يحدث تأين الشوائب داخل الأكسيد بنفس طريقة حدوثه في بلورات أشباه الموصلات الأخرى. تسمح المانحات الضحلة القريبة من نطاق التوصيل (النوع n) بإثارة الإلكترونات حراريًا إلى نطاق التوصيل، بينما تسمح المستقبلات القريبة من نطاق التكافؤ (النوع p) للإلكترونات بالقفز من نطاق التكافؤ إلى مستوى المستقبل، مما يؤدي إلى ملء نطاق التكافؤ بالفجوات. ينشأ تشتت حاملات الشحنة في هذه الأكاسيد بشكل أساسي من تشتت الشوائب المتأينة عند مستويات عالية من الشوائب (>1% ذري). تتميز أيونات الشوائب المشحونة والعيوب النقطية بمقاطع عرضية للتشتت أكبر بكثير من نظيراتها المتعادلة. يؤدي ازدياد التشتت إلى تقليل متوسط ​​المسار الحر لحاملات الشحنة في الأكسيد، مما يؤدي إلى انخفاض حركة الإلكترونات وارتفاع المقاومة. يمكن نمذجة هذه المواد بشكل جيد باستخدام نموذج الإلكترون الحر بافتراض نطاق توصيل مكافئ ومستويات تطعيم أعلى من معيار موت . ينص هذا المعيار على أن العازل مثل الأكسيد يمكن أن يخضع لانتقال ناتج عن التركيب إلى حالة معدنية عند حد أدنى من تركيز التطعيم n _c ، والذي يتم تحديده بواسطة:

$${\displaystyle n_{c}^{\frac {1}{3}}a_{{\ce {H}}}^{*}=0.26\pm 0.05}$$

حيث يمثل H * متوسط ​​نصف قطر بور للحالة الأرضية. بالنسبة لأكسيد الإنديوم _{والقصدير} (ITO)، تتطلب هذه القيمة تركيزًا أدنى للتطعيم يبلغ حوالي 10 ^{^19} سم ^{^-3} . وفوق هذا المستوى، يتحول نوع التوصيل في المادة من شبه موصل إلى معدني. ^{[ 22 ]}

تُستخدم البوليمرات الموصلة الشفافة كأقطاب كهربائية في الثنائيات الباعثة للضوء والخلايا الكهروضوئية. ^{[ 27 ]} تتميز هذه البوليمرات بموصلية أقل من موصلية أكاسيد الموصلات الشفافة، ولكنها تمتص جزءًا ضئيلاً من الطيف المرئي، مما يسمح لها بالعمل كموصل شفاف في هذه الأجهزة. مع ذلك، ونظرًا لامتصاصها جزءًا من الطيف المرئي وكميات كبيرة من الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والقريبة، فإنها تُقلل من كفاءة الخلايا الكهروضوئية.

يمكن تصنيع البوليمرات الموصلة الشفافة على شكل أغشية مرنة ، مما يجعلها مرغوبة رغم انخفاض موصليتها. وهذا يجعلها مفيدة في تطوير الإلكترونيات المرنة حيث تعجز الموصلات الشفافة التقليدية عن ذلك.

يوفر الزجاج المطلي بأكسيد القصدير والفلور (FTO) عزلًا حراريًا في المباني عن طريق عكس الأشعة تحت الحمراء مع السماح بمرور الضوء المرئي، مما يقلل من فقدان الحرارة ويحسن كفاءة الطاقة. ^{[ 28 ]} كما يُستخدم أيضًا في أجهزة استشعار الغاز، والمحولات الكهروضوئية. ^{[ 29 ]}

يتمتع بولي(3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) (PEDOT) بموصلية تصل إلى حوالي 1000  سيمنز/سم. ^{[ 30 ]} تتميز أغشية PEDOT المؤكسدة الرقيقة بامتصاص يبلغ حوالي 10% أو أقل في الطيف المرئي، بالإضافة إلى استقرار ممتاز. ^{[ 31 ]} ومع ذلك، فإن PEDOT غير قابل للذوبان في الماء، مما يجعل معالجته أكثر صعوبة وتكلفة.

يمكن تغيير فجوة الطاقة لـ PEDOT بين 1.4 و 2.5  إلكترون فولت عن طريق تغيير درجة تداخل π على طول السلسلة الرئيسية. ^{[ 31 ]} ويمكن تحقيق ذلك بإضافة بدائل على طول السلسلة، مما يؤدي إلى تفاعلات فراغية تمنع تداخل π. كما يمكن أن تكون البدائل مستقبلة أو مانحة للإلكترونات، مما يُعدّل الخصائص الإلكترونية وبالتالي فجوة الطاقة. وهذا يسمح بتكوين موصل ذي فجوة طاقة واسعة وشفاف للطيف المرئي.

يُحضّر البولي إيثيلين ديوكسي ثيوفين (PEDOT) بمزج مونومر EDT مع عامل مؤكسد مثل كلوريد الحديد _{الثلاثي} (FeCl₃ ). يعمل العامل المؤكسد كمحفز لعملية البلمرة. وقد أظهرت الأبحاث أن زيادة نسبة [FeCl₃ _] /[المونومر] تُقلل من ذوبانية PEDOT. ^{[ 31 ]} ويُعتقد أن هذا ناتج عن زيادة التشابك في البوليمر، مما يُصعّب ذوبانه في المذيب.

يمكن تحسين خصائص بولي (ستايرين سلفونات) PEDOT عن طريق تطعيمه ببولي (ستايرين سلفونات). وقد أصبح مركب PEDOT:PSS رائدًا في مجال البوليمرات الموصلة الشفافة. يتميز PEDOT:PSS بقابليته للذوبان في الماء، مما يُسهّل عملية تصنيعه. ^{[ 32 ]} تتراوح موصلية PEDOT:PSS بين 400 و600 سيمنز/سم، مع نفاذية تصل إلى 80% من الضوء المرئي. ^{[ 33 ]} يؤدي تعريضه للهواء عند درجة حرارة 100  درجة مئوية لأكثر من 1000 ساعة إلى تغيير طفيف في الموصلية. ^{[ 34 ]} وقد أُفيد مؤخرًا بإمكانية تحسين موصلية PEDOT:PSS لتتجاوز 4600 سيمنز/سم. ^{[ 35 ]}

يُحضّر PEDOT:PSS عن طريق بلمرة مونومر EDT في محلول مائي من PSS باستخدام Na₂S₂O₈ _{كعامل مؤكسد} . ثم يُطلى هذا المحلول المائي بتقنية الطلاء الدوراني ويُجفف لتكوين طبقة _رقيقة . ^{[ 34 ]}

يمكن تطعيم بولي(4،4-ثنائي أوكتيل سيكلوبنتاديثيوفين) باليود أو 2،3-ثنائي كلورو-5،6-ثنائي سيانو-1،4-بنزوكينون (DDQ) لتكوين موصل شفاف. يتميز البوليمر المُطعم بامتصاص منخفض للطيف المرئي مع نطاق امتصاص مركزي حول 1050  نانومتر. عند تطعيمه باليود، يمكن تحقيق موصلية تبلغ 0.35  سيمنز/سم. مع ذلك، يميل اليود إلى الانتشار في الهواء، مما يجعل بولي(4،4-ثنائي أوكتيل سيكلوبنتاديثيوفين) المُطعم باليود غير مستقر. ^{[ 36 ]}

يتمتع مركب DDQ بموصلية كهربائية تبلغ 1.1  سيمنز/سم. مع ذلك، يميل بوليمر (4،4-ثنائي أوكتيل سيكلوبنتاديثيوفين) المُطعّم بـ DDQ إلى تقليل موصليته في الهواء. يتميز البوليمر المُطعّم بـ DDQ بثبات أفضل من البوليمر المُطعّم باليود، لكن ثباته لا يزال أقل من ثبات PEDOT. باختصار، يتمتع بوليمر (4،4-ثنائي أوكتيل سيكلوبنتاديثيوفين) بخصائص أقل جودة مقارنةً بـ PEDOT وPEDOT:PSS، مما يستدعي تحسينها لتطبيقات عملية.

يُبلمر بولي(4،4-ثنائي أوكتيل سيكلوبنتاديثيوفين) في محلول عن طريق دمج المونومر مع كلوريد الحديد (III) . بعد اكتمال البلمرة، تتم عملية التطعيم بتعريض البوليمر لبخار اليود أو محلول DDQ. ^{[ 36 ]}

الموصلات الشفافة هشة وعرضة للتلف بسبب الإجهاد. يُعد أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) أكثر أنواع الموصلات الشفافة استخدامًا نظرًا لخصائصه الكهربائية الجيدة وسهولة تصنيعه. مع ذلك، عادةً ما تكون هذه الأغشية الرقيقة هشة، وتؤدي مشاكل مثل عدم تطابق الشبكة البلورية وقيود الإجهاد والانفعال إلى قيود على استخداماتها المحتملة. وقد ثبت أن أكسيد الإنديوم والقصدير يتدهور بمرور الوقت عند تعرضه للإجهادات الميكانيكية. كما أن الارتفاع الأخير في التكلفة يدفع الكثيرين إلى البحث عن أغشية أنابيب الكربون النانوية كبديل محتمل.

حظيت أنابيب الكربون النانوية (CNTs) باهتمام واسع النطاق نظرًا لخصائصها المادية، بما في ذلك معامل المرونة العالي (حوالي 1-2 تيرا باسكال)، وقوة الشد العالية (حوالي 13-53 جيجا باسكال)، والموصلية العالية (يمكن للأنابيب المعدنية نظريًا أن تحمل كثافة تيار كهربائي تبلغ 4 مليارات أمبير/سم² ^، أي ما يقارب 1000 ضعف كثافة التيار في معادن أخرى مثل النحاس ). ^{[ 37 ]} وقد استُخدمت الأغشية الرقيقة من أنابيب الكربون النانوية كأقطاب كهربائية شفافة في الأغشية الرقيقة الموصلة للكهرباء (TCFs) نظرًا لهذه الخصائص الإلكترونية الجيدة.

تتألف عملية تحضير الأغشية الرقيقة من أنابيب الكربون النانوية (CNT) للأغشية الموصلة الشفافة (TCFs) من ثلاث خطوات: عملية نمو أنابيب الكربون النانوية، ووضعها في محلول، وأخيرًا، تكوين الغشاء الرقيق. يمكن تنمية الأنابيب النانوية باستخدام الاستئصال بالليزر ، أو التفريغ الكهربائي القوسي، أو أشكال مختلفة من الترسيب الكيميائي للبخار (مثل PECVD). مع ذلك، تنمو الأنابيب النانوية بكميات كبيرة، حيث تلتصق الأنابيب ذات الأشكال الحلزونية المختلفة ببعضها البعض بسبب قوى فان دير فالس . وقد استُخدمت تقنية الطرد المركزي الفائق بتدرج الكثافة (DGU) مؤخرًا للتغلب على هذه المشكلة. ^{[ 38 ]} باستخدام هذه التقنية، تم تصنيع موصلات شفافة باستخدام أنابيب معدنية فقط. ولأن تقنية DGU تسمح بالفصل حسب الكثافة، فقد تم اختيار الأنابيب ذات الخصائص البصرية المتشابهة (بسبب تشابه أقطارها) واستخدامها لصنع أغشية موصلة من أنابيب الكربون النانوية بألوان مختلفة.

لفصل الأنابيب النانوية الكربونية النامية، تُخلط هذه الأنابيب مع مادة خافضة للتوتر السطحي وماء، ثم تُعرَّض للموجات فوق الصوتية حتى يتم الفصل بشكل مُرضٍ. بعد ذلك، يُرش هذا المحلول على الركيزة المطلوبة لتكوين طبقة رقيقة من الأنابيب النانوية الكربونية. ثم تُشطف الطبقة بالماء للتخلص من فائض المادة الخافضة للتوتر السطحي.

إحدى طرق الترسيب بالرش المستخدمة في إنتاج أغشية الأنابيب النانوية الكربونية هي استخدام فوهة فوق صوتية لتفتيت الأنابيب النانوية الكربونية في المحلول لتشكيل طبقات من البولي إيثيلين ديوكسي ثيوفين (PEDOT). ^{[ 39 ] [ 40 ]}

من خلال تحسين معايير الرش، بما في ذلك المادة الفعالة سطحياً، وحجم القطرات (الذي تحدده ترددات الفوهة فوق الصوتية)، ومعدل تدفق المحلول، يمكن ضبط خصائص مقاومة الطبقة. وبفضل الاهتزاز فوق الصوتي للفوهة نفسها، توفر هذه الطريقة أيضاً مستوى إضافياً من المعالجة الصوتية أثناء عملية الرش لزيادة فصل الأنابيب النانوية الكربونية المتكتلة.

يمكن استخدام الأنابيب النانوية الكربونية بالإضافة إلى أكاسيد موصلة شفافة في أجهزة الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة . _ومن بين الأكاسيد الموصلة الشفافة الشائعة الاستخدام أكسيد الزنك/الألومنيوم (ZnO/Al) وأكسيد الإنديوم والقصدير ( _In₂O₃ /Sn ). وقد حققت أجهزة الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من هذه _{الأكاسيد} كفاءة تحويل طاقة بلغت 19.5% في الخلايا الشمسية القائمة على CuIn₁₋ₓGaxSe₂ (CIGS)، و16.5% في _{الخلايا} الشمسية _{القائمة} على CdTe . وقد تفوقت هذه الأجهزة الكهروضوئية بشكل ملحوظ على الأجهزة المصنوعة من أغشية رقيقة من الأنابيب النانوية الكربونية؛ إذ أفاد بريتز وزملاؤه بكفاءة بلغت 8%، مع جهد دائرة مفتوحة (Voc ₎ قدره 0.676 فولت، وتدفق تيار دائرة قصر (Jsc ₎ قدره 23.9 مللي أمبير/سم² ^، وعامل ملء قدره 45.48%. ^{[ 41 ]} مع ذلك، تُظهر الأغشية الرقيقة من أنابيب الكربون النانوية العديد من المزايا مقارنةً بالأقطاب الكهربائية الشفافة الأخرى في نطاق الأشعة تحت الحمراء. فقد أشارت التقارير إلى أن نفاذية هذه الأغشية تتجاوز 90% في هذا النطاق (400 نانومتر - 22 ميكرومتر). وهذا يمهد الطريق لتطبيقات جديدة، إذ يُشير إلى إمكانية استخدام هذه الأغشية كمشتتات حرارية في الخلايا الشمسية نظرًا لنفاذيتها العالية.  

كما ذُكر سابقًا، تُعدّ اللفافة النانوية عاملًا مهمًا في تحديد مدى فائدتها المحتملة لهذه الأجهزة. قبل البدء بالإنتاج الكمي، يلزم إجراء المزيد من الأبحاث لاستكشاف أهمية قطر الأنبوب ولفافته في الأغشية الموصلة الشفافة المستخدمة في تطبيقات الخلايا الكهروضوئية. من المتوقع أن تزداد موصلية الأغشية الرقيقة من أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار مع زيادة طول الأنابيب ونقائها. وكما ذُكر سابقًا، تُصنع أغشية أنابيب الكربون النانوية باستخدام حزم من الأنابيب ذات اتجاهات عشوائية. من شأن ترتيب هذه الأنابيب أن يزيد من الموصلية، إذ يُقلل من فقدان التشتت ويُحسّن التلامس بين الأنابيب النانوية.

تُعدّ الشبكات الموصلة عشوائيًا من الأسلاك أو الشبكات المعدنية، المُصنّعة من قوالب، جيلًا جديدًا من الأقطاب الكهربائية الشفافة. في هذه الأقطاب، تعمل شبكة الأسلاك النانوية أو الشبكة المعدنية كمجمع للشحنات، بينما تكون الفراغات بينها شفافة للضوء. ^{[ 42 ]} تُصنّع هذه الأقطاب من خلال ترسيب أسلاك نانوية من الفضة أو النحاس، أو بترسيب المعادن في قوالب مثل الأنماط الهرمية للشقوق العشوائية، وعروق الأوراق، وحدود الحبيبات، وما إلى ذلك. يمكن تصنيع هذه الشبكات المعدنية على ركائز مرنة، ويمكنها العمل كأقطاب كهربائية شفافة مرنة. ^{[ 43 ]} لتحسين أداء هذه الأقطاب الكهربائية القائمة على الشبكات الموصلة، يجب استخدام كثافة مثلى للأسلاك النانوية، حيث أن الكثافة الزائدة تؤدي إلى خسائر التظليل في الخلايا الشمسية، بينما تؤدي الكثافة المنخفضة للأسلاك إلى مقاومة سطحية أعلى وخسائر إعادة تركيب أكبر لحاملات الشحنة المتولدة في الخلايا الشمسية. ^{[ 44 ] [ 45 ]}