双核壳结构CdS@ZnS@NiS/碳纳米纤维高效对电极显著提升量子点敏化太阳能电池性能

本研究通过一步水热法制备了覆盆子状双核壳结构CdS@ZnS@NiS材料，将其负载于碳纳米纤维（CNFs）形成对电极（CE），应用于Zn-Cu-In-Se（ZCISe）量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）。该CE展现出9.72%的光电转换效率（PCE），优于传统Cu2S/黄铜电极（8.42%），其独特的核壳结构与高催化活性为QDSSCs的稳定性与效率提升提供了新思路。

　　

Highlight

基于金属硫化物溶度积常数（K_sp）差异，本研究通过一步水热法在碳纳米纤维（CNFs）表面构建了覆盆子状双核壳CdS@ZnS@NiS材料。其中CdS因K_sp最小优先沉淀为足球状内核，ZnS和NiS依次包覆形成多孔外壳，最终制备的对电极（CE）在ZCISe量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）中实现9.72%的光电转换效率（PCE），较传统Cu₂S/黄铜电极（8.42%）提升显著。

Results and discussion

ZCISe量子点（QDs）的透射电镜（TEM）分析显示其平均粒径约10 nm，高分辨TEM（HRTEM）观察到d=0.331 nm的晶面间距对应Cu₄In₉相。CdS@ZnS@NiS/CNFs的粗糙表面提供了更大比表面积，双核壳结构加速电解质离子传输，其电化学阻抗谱（EIS）显示电荷转移电阻（R_ct）显著低于对比组。

Conclusion

该工作通过K_sp调控的简易水热法，成功将CdS@ZnS@NiS/CNFs对电极应用于QDSSCs，其9.72%的PCE与优异稳定性证实了覆盆子状双核壳结构在提升催化活性和界面电荷转移中的优势，为低成本高效太阳能电池开发提供了新策略。