中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：發(fā)展低成本、新型太陽(yáng)能電池關(guān)鍵材料與高性能器件是大規(guī)模發(fā)展太陽(yáng)能電池，解決未來社會(huì)能源問題的關(guān)鍵，也是這一領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員近期在設(shè)計(jì)和構(gòu)筑基于三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與組裝結(jié)構(gòu)的高效量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池材料，以及低成本薄膜太陽(yáng)能電池材料的研究方面取得了新的進(jìn)展。
設(shè)計(jì)制備出由ITO納米線芯層與Cu2S納米晶殼層組裝而成的ITO@Cu2S納米線陣列，使用這種具有三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料制備的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)材料的優(yōu)異性能(Nano Lett., 2014, 14, 365)；通過優(yōu)選Cu2S納米晶殼層的構(gòu)筑方法，深入研究其組裝結(jié)構(gòu)中ITO納米線芯層與Cu2S納米晶殼層間界面對(duì)電池性能的影響，進(jìn)一步提高了電池的轉(zhuǎn)換效率(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 15448)；在此基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)化多級(jí)組裝設(shè)計(jì)，在ITO@Cu2S納米線陣列結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的組裝，進(jìn)一步使利用這種對(duì)電極材料的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率提升至6%以上。這種新型對(duì)電極材料在電池運(yùn)行時(shí)可有效形成隧道結(jié)，通過降低器件的串聯(lián)電阻，提高并聯(lián)電阻以及填充因子而大大提高了電池的轉(zhuǎn)換效率，而且解決了傳統(tǒng)金屬銅/硫化亞銅易脫落、無法穩(wěn)定工作的難題(Nano Lett., 2015, 15, 3088)。
探索低成本薄膜太陽(yáng)能電池材料是未來規(guī)模化利用太陽(yáng)能發(fā)電的必由之路。FeS2作為組成元素?zé)o毒、儲(chǔ)量十分豐富的一種材料，具有合適的禁帶寬度、光吸收系數(shù)、足夠的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，因此是一種理想的低成本環(huán)境友好型薄膜太陽(yáng)能電池材料之一。其最終應(yīng)用的關(guān)鍵之一在于發(fā)展低成本的合成方法，制備在空氣中穩(wěn)定的純立方相FeS2材料。最近，納米實(shí)驗(yàn)室研究人員成功發(fā)展了一種基于溶液相定向聚集途徑制備空氣中穩(wěn)定的、純立方相FeS2微、納米材料的方法。研究發(fā)現(xiàn)通過溶劑誘導(dǎo)可以可控地制備出類球形FeS2納米晶、FeS2納米立方體，以及由FeS2納米晶組裝的微米球等材料。利用球差矯正電鏡等技術(shù)清晰地表征了FeS2初始納米晶粒定向聚集的生長(zhǎng)過程。拉曼光譜的系統(tǒng)研究表明通過選擇合適的溶劑可以獲得暴露在空氣中穩(wěn)定至少1年以上的多種形貌FeS2材料，為進(jìn)一步研究基于FeS2材料的低成本薄膜太陽(yáng)能電池奠定了基礎(chǔ)(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 2211)。
圖 ITO@Cu2S納米線陣列作為高效量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極材料示意圖
