适于光电应用的高导电CdS反蛋白石结构

不同孔壁厚度CdS反蛋白石结构

三维纳米结构(如纳米棒阵列、分级结构等)有利于增强光吸收和促进载流子的分离和传输,进而提高太阳能电池的光电转换效率。反蛋白石结构是一种在固体基体上分布着尺寸均一、周期排布孔洞的三维结构(如图所示),与其他三维纳米结构相比,反蛋白石结构具有完美的周期性和对入射光的调制作用。当作为太阳能电池的电极时,其大比面积的孔壁可以促进电荷分离;而规则的周期性结构引起的散射效应可以延长光的传输路径,从而增强对入射光的利用。尽管反蛋白石结构具有以上优势,但由纳米晶组成的孔壁存在大量缺陷和界面,导致其电荷传输性能较差,所以当应用于太阳能电池时难以获得较大的光电流。

天津大学杜希文教授、凌涛副教授带领的研究团队在高导电反蛋白石结构的合成和应用方面取得了重要进展。他们先是将聚苯乙烯微球和CdS量子点共组装在透明导电基底上制备了CdS反蛋白石结构,然后对其进行电沉积和退火处理,使原始的CdS量子点和电沉积的CdS纳米颗粒融合长大,最终获得的CdS晶粒尺寸与反蛋白石结构孔壁的厚度相当,大大提高了电荷传输性能,他们将高导电的CdS反蛋白石结构应用于液态电化学电池,获得了2%的光电转换效率,达到两电极法测试时CdS纳米晶电池的最高水平。