開發(fā)低成本、高性能、穩(wěn)定的光電陽極是實(shí)現(xiàn)太陽能驅(qū)動的光電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。In2S3是一種n型半透明半導(dǎo)體（~2.0 eV），特別適合作為PEC串聯(lián)器件的光電陽極。然而，In2S3/FTO界面的肖特基勢壘以及In2S3的固有缺陷抑制了電荷的分離。

天津大學(xué)鞏金龍教授、王拓教授等人描述了一種半透明光電陽極的設(shè)計(jì)，旨在提高載流子遷移率，用于無輔助水分解。在FTO/In2S3界面處加入半透明Ag層，建立歐姆接觸，有效地解決了金屬的光屏蔽與In2S3到FTO的電子收集勢壘之間的沖突。此外，In2S3/CdTe p-n異質(zhì)結(jié)形成了一個有效的內(nèi)置電場，為光生電荷的分離和遷移提供了強(qiáng)大的驅(qū)動力。Ag/Ag:In2S3/In2S3/CdTe/NiOx/TiO2/Ni半透明光電陽極在1.23 V下的光電流密度為12.2 mA/cm2，穩(wěn)定工作60 h。反向照明的Si光電陰極與In2S3/CdTe半透明光電陽極配對，使太陽能到氫氣的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5.10%。

相關(guān)工作以《Semi-transparent and stable In2S3/CdTe heterojunction photoanodes for unbiased photoelectrochemical water splitting》為題在《Nature Communications》上發(fā)表論文。值得注意的是，這也是鞏金龍教授在《Nature Communications》上發(fā)表第26篇論文。

從Peer review文件上可以看到，該文章在投稿時，審稿人給出了一些質(zhì)疑：

審稿人1認(rèn)為這項(xiàng)工作有幾個明顯的局限性：(1)考慮到In的高成本和Cd的毒性，很難說這是一種有前途的結(jié)構(gòu)。同時，與異質(zhì)結(jié)電池CZTS相比，In2S3基結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出中等的性能。(2)沒有光吸收和IPCE數(shù)據(jù)，使得光電流密度數(shù)據(jù)不可靠。(3)作者認(rèn)為在In2S3和襯底之間存在Ag層，但沒有明確的證據(jù)。考慮到Ag和硫化物之間的強(qiáng)相互作用，以及熱處理后，審稿人懷疑Ag被摻雜到In2S3中，從而導(dǎo)致圖2b中電阻的降低。

審稿人2則給出了不一樣的評價：作者介紹了用于全面水分解的高性能In2S3/CdTe光陽極的開發(fā)。In2S3/CdTe光陽極與Si光電陰極的組合是原創(chuàng)的，整體的水分解性能在現(xiàn)有的報道中脫穎而出。這篇論文總體上寫得很好，數(shù)字也很清楚。在作者解決一些遺留問題后，手稿可以出版。

審稿人3認(rèn)為由于Ag、In2S3、CdTe、NiO和Ni薄膜是通過濺射制備的，因此該系統(tǒng)可以大面積應(yīng)用，具有良好的商業(yè)潛力。這項(xiàng)工作進(jìn)行得很系統(tǒng)，手稿寫得很好。認(rèn)為作者需要解決In2S3與Ag的歐姆接觸以及與In2S3/CdTe的高效異質(zhì)結(jié)的說法，以提高本研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和背景發(fā)展。

面對上述質(zhì)疑，作者也是花了56頁P(yáng)DF進(jìn)行逐一答復(fù)。例如，審稿人1曾提出的“選材”問題，作者答復(fù)：高成本的銦能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能電池商業(yè)化的關(guān)鍵原因之一是其實(shí)際消耗量低。例如，制造1吉瓦硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池需要3.1億美元的投資，大約30噸ITO材料（主要由In2O3組成）。30噸ITO的成本約為2550萬美元，僅占1 GW硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池總生產(chǎn)成本的8.23%。此外，在銦的回收和再利用方面也取得了進(jìn)展，進(jìn)一步減輕了與資源開采和制造過程相關(guān)的環(huán)境成本。這些因素共同促成了In2S3作為光陽極材料的長期可持續(xù)性。

此外，雖然Cd確實(shí)被認(rèn)為是有毒的，但作者認(rèn)為毒性本身可能不是材料商業(yè)可行性的唯一決定因素。例如，鈣鈦礦太陽能電池被廣泛認(rèn)為是下一代光伏技術(shù)最有前途的候選者之一，盡管存在鉛，這也引起了對毒性的擔(dān)憂。這表明，通過適當(dāng)?shù)姆庋b或其他緩解策略，含有有毒元素的材料仍然可以成功商業(yè)化。作者感謝審稿人富有洞察力的評論，并承認(rèn)在材料選擇和設(shè)備設(shè)計(jì)中認(rèn)真解決安全問題的重要性。

圖1 In2S3/CdTe光電陽極的結(jié)構(gòu)和PEC性能

為了說明半透明光電陽極的實(shí)際應(yīng)用潛力，利用由Ag/Ag:In2S3/In2S3/CdTe/NiOx/TiO2/Ni光電陽極和B-Si光電陰極組成的PEC串聯(lián)電池，演示了無輔助的整體太陽能水分解。紫外-可見光譜證實(shí)了In2S3/CdTe光電陽極的高透明度，使光在測試時能夠通過前部半透明光電陽極并到達(dá)B-Si光電陰極（圖5b）。在三電極配置下，可以分別得到In2S3/CdTe光電陽極和B-Si光電陰極（In2S3/CdTe光電陽極后面）的J-V曲線，其中兩個J-V曲線的交點(diǎn)表明理論光電流為4.15 mA/cm2（圖5a）。

使用無偏壓雙電極配置，實(shí)際光電流為4.09 mA/cm2，略低于預(yù)期的4.15 mA/cm2。此外，PEC電池在連續(xù)照明20小時下表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能（圖5b）。此外，由半透明光電陽極和B-Si光電陰極組成的PEC電池的理論STH效率為5.1%（圖5a）。利用氣相色譜法定量了氫氣的法拉第效率，進(jìn)一步揭示了實(shí)際的STH效率為5.03%，與理論值非常吻合，具有很大的實(shí)際應(yīng)用潛力。

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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