微调TiO₂ 纳米棒阵列提高太阳能电池效率

中国科学院合肥物理科学研究所王明泰教授领导的一个研究小组开发了一种精细调谐的方法，用于在不改变单个棒尺寸的情况下生长间距可控的二氧化钛纳米棒阵列（TiO2-NA），并展示了其在高性能太阳能电池中的应用。

他们的发现发表在《小方法》上，为在清洁能源和光电子领域制作纳米结构提供了一个新的工具包。

单晶TiO2纳米棒在收集光和传导电荷方面表现出色，使其成为太阳能电池、光催化剂和传感器的理想选择。然而，传统的制造方法包括连杆密度、直径和长度——如果调整一个参数，其他参数也会相应地发生变化，这通常会影响器件效率。

在这项研究中，通过仔细延长前体薄膜的水解阶段，研究小组表明，较长的“凝胶链”组装成较小的锐钛矿纳米粒子。当锐钛矿薄膜经受水热处理时，这些锐钛矿纳米粒子原位转化为金红石纳米粒子，作为纳米棒生长的种子。水解阶段提供了一种在不改变纳米棒尺寸的情况下控制棒密度的有效方法。

使用这种策略，他们生产了具有恒定棒直径和高度的TiO2 NA薄膜，即使每单位面积的棒数不同。当结合到低温处理的CuInS2太阳能电池中时，这些薄膜的功率转换效率超过10%，峰值为10.44%。

为了解释为什么间距如此重要，该团队引入了体积表面密度模型，阐明了棒密度如何影响光捕获、电荷分离和载流子收集。

这项研究通过建立一个完整的系统，将“宏观过程调控-微观结构演变-器件性能优化”联系起来，克服了传统调控纳米结构方法的局限性