天津大学巩金龙/王拓，最新Nature子刊！

开发低成本、高性能、稳定的光电阳极是实现太阳能驱动的光电化学能量转换的关键。In2S3是一种n型半透明半导体（~2.0 eV），特别适合作为PEC串联器件的光电阳极。然而，In2S3/FTO界面的肖特基势垒以及In2S3的固有缺陷抑制了电荷的分离。

天津大学巩金龙教授、王拓教授等人描述了一种半透明光电阳极的设计，旨在提高载流子迁移率，用于无辅助水分解。在FTO/In2S3界面处加入半透明Ag层，建立欧姆接触，有效地解决了金属的光屏蔽与In2S3到FTO的电子收集势垒之间的冲突。此外，In2S3/CdTe p-n异质结形成了一个有效的内置电场，为光生电荷的分离和迁移提供了强大的驱动力。Ag/Ag:In2S3/In2S3/CdTe/NiOx/TiO2/Ni半透明光电阳极在1.23 V下的光电流密度为12.2 mA/cm2，稳定工作60 h。反向照明的Si光电阴极与In2S3/CdTe半透明光电阳极配对，使太阳能到氢气的转换效率达到5.10%。

相关工作以《Semi-transparent and stable In2S3/CdTe heterojunction photoanodes for unbiased photoelectrochemical water splitting》为题在《Nature Communications》上发表论文。值得注意的是，这也是巩金龙教授在《Nature Communications》上发表第26篇论文。

从Peer review文件上可以看到，该文章在投稿时，审稿人给出了一些质疑：

审稿人1认为这项工作有几个明显的局限性：(1)考虑到In的高成本和Cd的毒性，很难说这是一种有前途的结构。同时，与异质结电池CZTS相比，In2S3基结构表现出中等的性能。(2)没有光吸收和IPCE数据，使得光电流密度数据不可靠。(3)作者认为在In2S3和衬底之间存在Ag层，但没有明确的证据。考虑到Ag和硫化物之间的强相互作用，以及热处理后，审稿人怀疑Ag被掺杂到In2S3中，从而导致图2b中电阻的降低。

审稿人2则给出了不一样的评价：作者介绍了用于全面水分解的高性能In2S3/CdTe光阳极的开发。In2S3/CdTe光阳极与Si光电阴极的组合是原创的，整体的水分解性能在现有的报道中脱颖而出。这篇论文总体上写得很好，数字也很清楚。在作者解决一些遗留问题后，手稿可以出版。

审稿人3认为由于Ag、In2S3、CdTe、NiO和Ni薄膜是通过溅射制备的，因此该系统可以大面积应用，具有良好的商业潜力。这项工作进行得很系统，手稿写得很好。认为作者需要解决In2S3与Ag的欧姆接触以及与In2S3/CdTe的高效异质结的说法，以提高本研究的严谨性和背景发展。

面对上述质疑，作者也是花了56页PDF进行逐一答复。例如，审稿人1曾提出的“选材”问题，作者答复：高成本的铟能够实现太阳能电池商业化的关键原因之一是其实际消耗量低。例如，制造1吉瓦硅异质结太阳能电池需要3.1亿美元的投资，大约30吨ITO材料（主要由In2O3组成）。30吨ITO的成本约为2550万美元，仅占1 GW硅异质结太阳能电池总生产成本的8.23%。此外，在铟的回收和再利用方面也取得了进展，进一步减轻了与资源开采和制造过程相关的环境成本。这些因素共同促成了In2S3作为光阳极材料的长期可持续性。

此外，虽然Cd确实被认为是有毒的，但作者认为毒性本身可能不是材料商业可行性的唯一决定因素。例如，钙钛矿太阳能电池被广泛认为是下一代光伏技术最有前途的候选者之一，尽管存在铅，这也引起了对毒性的担忧。这表明，通过适当的封装或其他缓解策略，含有有毒元素的材料仍然可以成功商业化。作者感谢审稿人富有洞察力的评论，并承认在材料选择和设备设计中认真解决安全问题的重要性。

图1 In2S3/CdTe光电阳极的结构和PEC性能

为了说明半透明光电阳极的实际应用潜力，利用由Ag/Ag:In2S3/In2S3/CdTe/NiOx/TiO2/Ni光电阳极和B-Si光电阴极组成的PEC串联电池，演示了无辅助的整体太阳能水分解。紫外-可见光谱证实了In2S3/CdTe光电阳极的高透明度，使光在测试时能够通过前部半透明光电阳极并到达B-Si光电阴极（图5b）。在三电极配置下，可以分别得到In2S3/CdTe光电阳极和B-Si光电阴极（In2S3/CdTe光电阳极后面）的J-V曲线，其中两个J-V曲线的交点表明理论光电流为4.15 mA/cm2（图5a）。

使用无偏压双电极配置，实际光电流为4.09 mA/cm2，略低于预期的4.15 mA/cm2。此外，PEC电池在连续照明20小时下表现出稳定的性能（图5b）。此外，由半透明光电阳极和B-Si光电阴极组成的PEC电池的理论STH效率为5.1%（图5a）。利用气相色谱法定量了氢气的法拉第效率，进一步揭示了实际的STH效率为5.03%，与理论值非常吻合，具有很大的实际应用潜力。

Semi-transparent and stable In2S3/CdTe heterojunction photoanodes for unbiased photoelectrochemical water splitting，Nature Communications，2025.

https://www.nature.com/articles/s41467-025-60444-7

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