TiO₂ナノロッド配列のチューニングによる太陽電池効率の向上(Tuning TiO₂ Nanorod Arrays Enhance Solar Cell Efficiency)

ad

2025-05-14 中国科学院(CAS)

TiO₂ナノロッド配列のチューニングによる太陽電池効率の向上(Tuning TiO₂ Nanorod Arrays Enhance Solar Cell Efficiency)Schematic illustration of the TiO2-NA preparation technology, growth principles, solar cell structure, and carrier generation model. (Image by CAO Wenbo)

中国科学院合肥物质科学研究院の王明泰教授率いる研究チームは、酸化チタン(TiO₂)ナノロッドアレイ(TiO₂-NA)の密度を制御する新技術を開発しました。この技術では、ナノロッドの直径や高さを変えずに密度を調整でき、光捕集や電荷分離、キャリア収集効率を最適化することが可能です。具体的には、前駆体フィルムの加水分解段階を延長することで、アナターゼ型ナノ粒子の形成を促進し、これを種結晶としてルチル型ナノロッドを成長させます。この方法により、ナノロッドの密度を精密に制御しつつ、太陽電池の変換効率を最大10.44%まで向上させることに成功しました。また、研究チームは「体積-表面-密度(VSD)モデル」を導入し、ナノロッド密度が光学特性や電気特性に与える影響を定量的に説明しています。この成果は、ナノ構造制御とデバイス性能最適化の新たな道を開くものです。

<関連情報>

効率的な太陽電池のための密度制御可能な酸化チタンナノロッドアレイにおける成長原理と光起電力原理を明らかにする Unveiling Growth and Photovoltaic Principles in Density-Controllable TiO2 Nanorod Arrays for Efficient Solar Cells

Wenbo Cao, Chao Dong, Chaofan Zheng, Jiajin Kuang, Yang Wang, Faisal Naveed, Mengqi Jin, Yingying Dong, Chong Chen, Mingtai Wang
Small Methods  Published: 22 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/smtd.202500264

Abstract

Titanium dioxide (TiO2) nanorod arrays (TiO2-NA) are widely used in optoelectronic devices. Controlling the number density (ND) of nanorods without altering their dimensional features in TiO2-NA is of great importance to the tailored performance of the optoelectronic devices, which unfortunately remains challenging up to now. Here, a facile strategy is developed to control the ND without changing the TiO2 nanorod sizes in the rutile TiO2-NAs hydrothermally grown on an anatase TiO2 film on a large scale. Moreover, ND-controllable TiO2-NAs are applied to CuInS2 solar cells, achieving a champion efficiency of 10.44% for solution-processed CuInS2 solar cells. It is found that the hydrolysis time (tH) in preparing the anatase TiO2 film provides good control over ND in TiO2-NA as the result of tH-governed nanoparticle size in the anatase TiO2 film. A gel-chain-limited crystallization model for tH-governed anatase TiO2 nanoparticle size, an orientation-competing-epitaxial nucleation/growth model for the out-of-plane growth of single-crystalline rutile TiO2 nanorod on polycrystalline anatase TiO2 film, and a volume-surface-density model for the ND-governed photocurrent generation in nanoarray-based solar cells are proposed.

0500化学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました