近日，中科院过程工程研究所王丹研究员的研究团队在一维异质结及其在太阳能电池应用方面的研究取得进展。论文One dimensional CuInS2–ZnS heterostructured nanomaterials as low-cost and high-performance counter electrodes of dye-sensitized solar cells发表在《能源与环境科学》(Energy Environ. Sci., 2013, 6, 835-840)上。
对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，目前通常采用贵金属Pt作为对电极。但是Pt储量稀少、价格高，极大限制了电池的大规模工业生产和商业化应用。因此寻找价格低、来源丰富的替代材料是亟待解决的关键问题之一。该论文以Cu1.94S-ZnS异质结构纳米晶为种子，在高温溶液中引入醋酸铟，最终合成了CuInS2-ZnS异质结构纳米材料。通过调节醋酸铟的加入方式和铟离子的浓度等，可以分别得到火炬状和长棒状的CuInS2-ZnS异质结。以其为对电极的染料敏化太阳能电池，光电转换效率可达7.5%，超过了传统的Pt电极电池。为高效低成本对电极的研发开辟了新路径。
以上研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点实验室等项目资助。
图1. 火炬状 (BTCIS–ZnS)和长棒状(LRCIS–ZnS) CuInS2–ZnS异质结的形成过程示意图
图2. 以不同材料为对电极制备的染料敏化太阳能电池的I–V曲线
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