北京
中国科学院合肥物质科学研究院王命泰教授团队开发出一种精准调控方法，可在不改变单根纳米棒尺寸的前提下，生长出间距可控的二氧化钛纳米棒阵列（TiO₂-NA），并展示了其在高性能太阳能电池中的应用。
相关成果发表于《Small Methods》期刊，为清洁能源与光电子领域的纳米结构制备提供了新工具。
单晶TiO₂纳米棒在光捕获和电荷传导方面表现优异，是太阳能电池、光催化剂和传感器的理想材料。然而，传统制备方法中纳米棒的密度、直径和长度相互关联——调整一个参数会导致其他参数随之变化，往往影响器件效率。
本研究中，团队通过精确延长前驱体薄膜的水解阶段，使更长的“凝胶链”组装成更小的锐钛矿纳米颗粒。当锐钛矿薄膜经水热处理后，这些纳米颗粒原位转化为金红石相，成为纳米棒生长的“种子”。水解阶段为控制纳米棒密度提供了有效途径，且不改变纳米棒的尺寸。
利用该策略，团队制备出直径和高度恒定、面密度可调的TiO₂-NA薄膜。将其应用于低温制备的CuInS₂太阳能电池时，光电转换效率突破10%，最高达10.44%。为解释间距的关键作用，团队提出“体积-表面-密度模型”，阐明了纳米棒密度如何影响光捕获、电荷分离与载流子收集过程。
这项研究通过建立“宏观工艺调控-微观结构演化-器件性能优化”的完整体系，突破了传统纳米结构调控方法的局限。
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