Electrospinification d'électrodes photocatalytiques pour cellules solaires sensibilisées aux colorants

Les cellules solaires sensibilisées aux colorants (DSSC) sont une alternative intéressante aux cellules solaires à base de silicium ¹ grâce à leur faible coût, à leur processus de fabrication relativement simple et à leur grande facilité. Un autre avantage est leur potentiel d'intégration dans des substrats flexibles, un avantage distinct par rapport aux cellules solaires à base de silicium ² . Un DSSC typique utilise: (1) une photoanode TiO ₂ nanoparticulée, sensibilisée avec un colorant, en tant que couche de récolte légère; (2) un FTO revêtu de Pt, utilisé comme contre-électrode; Et (3) un électrolyte contenant un couple redox, tel que I ^– / I ₃ ^– , placé entre les deux électrodes, fonctionnant comme un "milieu conducteur du trou".

Bien que les DSSC aient dépassé les rendements de 15% ³ , la performance des nanoparticules à base de photoanodes est encore entravée par un certain nombre de limitations, y compris le faible mobilité électroniqueY ⁴ , mauvaise absorption de photons à faible énergie ⁵ et recombinaison de charge ⁶ . L'efficacité de la collecte d'électrons dépend fortement du taux de transport d'électrons à travers la couche de nanoparticules de TiO ₂ . Si la diffusion de la charge est lente, la probabilité de recombinaison avec I ₃ ^– dans la solution d'électrolyte augmente, ce qui entraîne une perte d'efficacité.

Il a été démontré que le remplacement du TiO ₂ nanoparticulé par des nanoarchitectures TiO ₂ unidimensionnelles peut améliorer le transport des charges en réduisant la diffusion des électrons libres des limites des grains des nanoparticules TiO ₂ interconnectées ⁷ . Comme les nanostructures 1D fournissent une voie plus directe pour la collecte des charges, nous pouvons nous attendre à ce que le transport d'électrons dans les nanofibres (NF) soit significativement plus rapide que dans les nanoparticules ^{8 ,} </sup> ⁹ .

L'électrospinification est l'une des méthodes les plus couramment utilisées pour la fabrication de matériaux fibreux avec des diamètres sous-micron ¹⁰ . Cette technique implique l'utilisation d'une haute tension pour induire l'éjection d'un jet de solution de polymère à travers une filière. En raison de l'instabilité de flexion, ce jet est ensuite étiré plusieurs fois pour former des nanofibres continues. Ces dernières années, cette technique a été largement utilisée pour fabriquer des matériaux polymères et inorganiques, qui ont été utilisés pour des applications nombreuses et diverses, telles que l'ingénierie tissulaire ¹¹ , la catalyse ¹² et les matériaux d'électrode pour les batteries au lithium-ion ¹³ et les supercapacités ¹⁴ .

L'utilisation de TiO ₂ -NF en électrospun comme couche de diffusion dans la photo-anode peut augmenter les performances des DSSC. Cependant, les photoanodes avec nanofibroNous avons tendance à avoir une mauvaise absorption de colorant en raison des limites de surface. Une des solutions possibles pour remédier à cette situation est de mélanger les NF et les nanoparticules. Cela s'est traduit par des couches de diffusion supplémentaires, améliorant l'absorption de la lumière et l'efficacité globale ¹⁵ .

Le protocole présenté dans cette vidéo fournit une méthode facile pour synthétiser les nanofibres ultralong TiO ₂ grâce à une combinaison de techniques d'électrospinning et de sol-gel, suivies d'un processus de calcination. Le protocole illustre alors l'utilisation des TiO ₂ -NF en combinaison avec du TiO ₂ nanoparticulé pour la fabrication d'une photoanode à double couche avec une capacité améliorée de diffusion de la lumière en utilisant des techniques de blanchiment médicamenteux, ainsi que l'assemblage ultérieur d'un DSSC en utilisant un tel Photoanode.