新型纳米技术推动太阳能电池效率提升超10%

他们发表在《纳米研究方法》(Small Methods)上的研究成果，为构筑清洁能源和光电子学领域的纳米结构提供了一套新工具包。

单晶二氧化钛（TiO2）纳米棒在捕获光和传导电荷方面表现卓越，使其成为太阳能电池、光催化剂和传感器的理想材料。然而，传统制备方法将棒的密度、直径和长度相互关联——调整任一参数都会引起其他参数相应变化，往往影响器件效率。

本研究中，通过精确延长前驱体薄膜的水解阶段，研究团队展示了更长的"凝胶链"可自组装成更小的锐钛矿相纳米颗粒。当该锐钛矿薄膜进行水热处理时，这些锐钛矿纳米颗粒原位转化为金红石相颗粒，成为纳米棒生长的晶种。水解阶段提供了一种有效途径，可在不改变纳米棒尺寸的前提下调控棒的密度。

运用此策略，他们制备出了TiO2纳米棒阵列（TiO2-NA）薄膜，其棒直径和高度保持恒定，即使单位面积的棒数量发生变化。将这些薄膜应用于低温加工的CuInS2太阳能电池时，电池实现了超过百分之十的光电转换效率，最高达到10.44%。为阐明间距为何如此关键，团队提出了"体积-表面-密度"模型（Volume-Surface-Density model），阐释了棒密度如何影响光捕获、电荷分离和载流子收集。

该研究通过建立"宏过程调控—微观结构演化—器件性能优化"的完整体系，突破了传统方法调控纳米结构的局限性。