近日，中科院過程工程研究所王丹研究員的研究團隊在一維異質結及其在太陽能電池應用方面的研究取得進展。論文One dimensional CuInS2–ZnS heterostructured nanomaterials as low-cost and high-performance counter electrodes of dye-sensitized solar cells發表在《能源與環境科學》(Energy Environ. Sci., 2013, 6, 835-840)上。
對電極是染料敏化太陽能電池的重要組成部分，目前通常采用貴金屬Pt作為對電極。但是Pt儲量稀少、價格高，極大限制了電池的大規模工業生產和商業化應用。因此尋找價格低、來源豐富的替代材料是亟待解決的關鍵問題之一。該論文以Cu1.94S-ZnS異質結構納米晶為種子，在高溫溶液中引入醋酸銦，最終合成了CuInS2-ZnS異質結構納米材料。通過調節醋酸銦的加入方式和銦離子的濃度等，可以分別得到火炬狀和長棒狀的CuInS2-ZnS異質結。以其為對電極的染料敏化太陽能電池，光電轉換效率可達7.5%，超過了傳統的Pt電極電池。為高效低成本對電極的研發開辟了新路徑。
以上研究工作得到了國家自然科學基金和國家重點實驗室等項目資助。
圖1. 火炬狀 (BTCIS–ZnS)和長棒狀(LRCIS–ZnS) CuInS2–ZnS異質結的形成過程示意圖
圖2. 以不同材料為對電極制備的染料敏化太陽能電池的I–V曲線
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