中国科学家突破瓶颈！新型太阳能电池效率跃升至10.44%

硫化铜铟（CuInS₂，简称CIS）是一种I-III-VI₂族黄铜矿结构半导体材料，凭借其优异的光电特性和环境友好性，在光伏领域被视为极具潜力的薄膜太阳能电池材料。其主要技术优势如下：

1. 高吸收系数：CulnS₂的光吸收系数超过10⁵ cm⁻¹，仅需 1-2μm厚的薄膜即可吸收 90% 以上的太阳光，大幅减少材料用量，降低成本。
2. 带隙匹配：5eV 的带隙接近太阳能转换的理论最优值（1.3-1.5eV），能最大化利用太阳光谱能量。
3. 无毒性：与含镉（Cd）的 CdTe 或含硒（Se）的CulnSe₂（CISe）相比，CulnS₂不含剧毒元素，环境兼容性更优，符合绿色能源发展趋势。
4. 稳定性较好：在湿度、温度变化等环境条件下，其化学稳定性优于有机光伏材料，器件寿命较长（实验室条件下可达 10 年以上）。

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光伏材料界的“潜力股”为何迟迟无法商用？

硫化铜铟（CuInS₂）多年来被视为光伏领域的明日之星，可通过改变硫元素含量，在n型和p型半导体间自由切换，其能带隙更是完美匹配太阳光中最强的可见光谱段。

然而，尽管全球科学家尝试了形态工程、异质结构建等多种策略，硫化铜铟电池却始终困在实验室，商业化之路步履维艰——核心问题在于光电转化效率不足。

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中科院团队巧解“纳米天梯”密度难题

中科院合肥物质科学研究院的研究团队独辟蹊径，将目光投向二氧化钛纳米棒阵列（TiO₂-NA）。传统工艺中，纳米棒的密度、直径和长度相互制约，牵一发而动全身，成为提升器件效率的瓶颈。

“就像调整梯子横档间距时，整架梯子的结构都会变形——传统方法正是如此。”研究团队解释道。

神奇解法：延长水解孕育“种子”

团队突破性地延长了前驱体薄膜的水解时间，使更长的“凝胶链”自组装成更小的锐钛矿纳米粒子。这些纳米粒子在水热反应中就地转化为金红石相晶体，成为纳米棒生长的“种子”。通过精准控制水解阶段，首次实现了纳米棒密度的独立调控！

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效率突破10.44%！模型揭示成功奥秘

将这种密度可控、直径和高度恒定的TiO₂-NA薄膜集成至低温加工的硫化铜铟电池后，光电转化效率一举达到10.44%（AM 1.5G标准光照下）。

团队建立的“体积-表面-密度”（VSD）模型清晰揭示：纳米棒密度与间距的优化，显著增强了光捕获能力、电荷分离效率及载流子收集效果。

“这项研究打通了宏观工艺调控-微观结构演化-器件性能优化的全链条系统。”科学家们强调。

光伏新材料商业化曙光初现

这项发表于材料学顶刊《Small Methods》的研究，不仅为硫化铜铟电池突破效率瓶颈提供了关键技术，其首创的纳米结构密度解耦调控策略，更将为新一代光电器件设计开辟全新路径。

当中国科学家在纳米世界架起密度可调的“光电天梯”，曾被寄予厚望的环保光伏材料，终于向着商业应用的曙光迈出关键一步。