染料敏化太阳能电池（DSSC）是传统太阳能电池极具潜力的替代品，前提是其效率、稳定性与成本效益能够得到提升。传统DSSC中使用的氟掺杂氧化锡（FTO）背接触电极制备工艺复杂，推高了整体成本。背接触电极的功函数在决定DSSC电荷提取效率与整体光伏性能方面发挥着关键作用。本研究结合一维太阳能电池电容模拟软件（SCAPS-1D）仿真与实验验证，系统探究了背接触电极功函数对DSSC效率的影响规律。在仿真结果指导下，研究人员制备了基于银纳米线（AgNW）的背接触电极DSSC，并将其性能与氟掺杂氧化锡（FTO）、铂修饰FTO电极进行对比。实验结果表明，AgNW电极实现了4.2%的光电转换效率，接近铂修饰FTO的5.3%，且显著优于裸FTO的2%。仿真趋势与实验结果的高度吻合证实，性能提升源于AgNW电极更高的有效功函数。本工作表明，AgNW基背接触不仅能降低材料与制备成本，还可为高效电荷收集提供有利能级匹配，是规模化无氟掺杂氧化锡DSSC开发的重要替代方案。
该研究针对染料敏化太阳能电池（DSSC）商业化进程中氟掺杂氧化锡（FTO）基底与铂（Pt）对电极成本高昂的核心瓶颈，依托《ACS Omega》发表成果，系统论证了银纳米线（AgNW）作为低成本背接触电极的替代潜力。研究背景聚焦于三代太阳能电池的发展困境：第一代晶硅电池硅料提纯能耗极高，第二代薄膜电池含重金属毒性，第三代DSSC虽具备建筑光伏一体化应用前景，却受限于FTO导电基底与Pt对电极的昂贵成本。研究人员通过功函数调控策略，结合一维太阳能电池电容模拟软件（SCAPS-1D）理论与实验验证，证实AgNW背接触可通过优化能级匹配提升电荷提取效率，其4.2%的光电转换效率接近Pt体系（5.3%）且显著优于裸FTO（2%），同时降低约80%的电极成本，为无FTO的低成本DSSC开发提供了新路径。
关键技术方法层面，研究人员采用三步核心方案：首先通过多元醇法合成银纳米线（AgNW）并旋涂于玻璃基底构建背接触电极；其次采用SCAPS-1D软件模拟不同功函数背接触对器件能带结构与光伏参数的影响规律；最后制备三种对照器件——FTO背接触、Pt修饰FTO背接触、AgNW背接触DSSC，统一采用N719染料、二氧化钛（TiO2）光阳极与聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）对电极，通过电流密度-电压（J-V）测试、紫外光电子能谱（UPS）与电化学阻抗谱（EIS）表征性能差异。
研究结果部分，晶体结构表征显示，多元醇法合成的AgNW为面心立方结构，沿(111)晶面择优生长，平均晶粒尺寸约198.6 nm，直径约73 nm，长度达亚微米级；紫外-可见吸收光谱中纵向与横向表面等离子体共振峰证实其一维各向异性生长特征。功函数测试结果表明，AgNW的功函数为4.7 eV，介于FTO（4.4 eV）与Pt（5.5 eV）之间。光伏性能测试中，实验器件效率分别为FTO 2.46%、Pt 5.3%、AgNW 4.2%，与SCAPS-1D仿真结果（FTO 2%、Pt 5.07%、AgNW 4.6%）高度吻合，证实功函数与效率呈正相关关系——更高功函数可减少背接触界面处能带弯曲，抑制电荷积累与复合。温度特性模拟显示，AgNW基器件在0℃时效率最优，升温会加剧电荷复合导致性能衰减。成本分析表明，PEDOT:PSS/AgNW电极成本约为0.4美元/平方厘米，仅为Pt/FTO电极（2美元/平方厘米）的20%。循环伏安测试进一步验证，更高功函数的电极对碘/三碘化物氧化还原反应的催化活性更强，与光伏性能趋势一致。电化学阻抗谱结果显示，AgNW虽因纳米线渗流网络存在较高串联电阻（4.19 Ω）与电荷转移电阻（70.41 Ω），但其双电层电容（0.831 μF）更低且沃伯格扩散参数更优，表现出更高效的离子扩散与界面极化行为。
讨论与结论部分指出，AgNW背接触的性能优势源于其4.7 eV的适中功函数，既避免了FTO因低功函数导致的严重能带弯曲与电荷积累，又无需依赖昂贵的Pt材料。研究证实功函数是调控DSSC背接触电荷提取效率的核心参数，AgNW基电极在保持接近Pt体系效率的同时实现成本大幅降低，不仅可替代传统FTO用于刚性DSSC，更有潜力取代柔性器件中常用的氧化铟锡-聚对苯二甲酸乙二醇酯（ITO-PET）电极，推动DSSC在建筑光伏一体化与柔性电子领域的规模化应用。
