纳米结构镍掺杂硫化铜薄膜作为高性能量子点敏化太阳能电池的高效对电极材料

摘要： 高电催化活性和低电荷转移电阻是高性能量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）对电极（CEs）的关键因素。因此，制备具有高催化活性和低电荷转移电阻的QDSSCs对电极既具挑战性又极具价值。针对这些问题，本研究通过镍离子掺杂硫化铜（CuS）设计并制备了一种新型催化电极用作QDSSCs对电极。采用简便的化学浴沉积法合成了镍掺杂CuS对电极。扫描电镜研究表明，镍掺杂CuS呈现纳米颗粒覆盖纳米片状的表面形貌，而纯CuS为纳米片结构。镍掺杂CuS为多硫化物氧化还原对的还原提供了丰富活性位点，具有更高电导率并形成优异的电子传输通道，从而表现出高电催化活性及对电极/电解质界面更低的电荷转移电阻。结果表明，在AM 1.5G标准光照（100 mW cm?2）下，采用Ni-CuS对电极的TiO2/CdS/CdSe QDSSCs实现了4.36%的光电转换效率（η），其短路电流密度（JSC）为13.78 mA cm?2、开路电压（VOC）为0.567 V、填充因子（FF）为0.558，显著优于CuS对电极器件（η = 3.24%；JSC = 10.63 mA cm?2；VOC = 0.567 V；FF = 0.546）。本研究证实，镍掺杂CuS凭借其高电导率、优异电催化活性及低电荷转移电阻，有望成为QDSSCs的理想对电极材料。