Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

Le celle solari sensibilizzate ai colori (DSSCs) sono un'interessante alternativa alle celle solari basate sul silicio ¹ grazie al loro basso costo, relativamente semplice processo produttivo e alla facilità di produzione su vasta scala. Un altro vantaggio è il loro potenziale per essere incorporato in substrati flessibili, un vantaggio distinto sulle celle solari a base di silicio ² . Un tipico DSSC utilizza: (1) un nanoparticolare TiO ₂ photoanode, sensibilizzato con un colorante, come uno strato di raccolta leggera; (2) un FTO rivestito in Pt, utilizzato come contatore elettrodo; E (3) un elettrolito contenente una coppia di redox, come I ^– / I ₃ ^– , posto tra i due elettrodi, che funziona come "mezzo di conduzione del foro".

Sebbene i DSSC abbiano superato l'efficienza del 15% ³ , la performance di fotoanodi a base di nanoparticelle è ancora ostacolata da una serie di limitazioni, tra cui la mobilit elettronica lentaY ⁴ , scarso assorbimento di fotoni a basso consumo energetico ⁵ e ricarica di carica ⁶ . L'efficienza della raccolta elettronica dipende fortemente dalla velocità di trasporto elettronico attraverso lo strato di nanoparticelle TiO ₂ . Se la diffusione di carica è lenta, la probabilità di ricombinazione con I3 ^– nella soluzione di elettrolita aumenta, con conseguente perdita di efficienza.

È stato dimostrato che la sostituzione del nanoparticulato TiO ₂ con nanoparticelle TiO ₂ a dimensione (1D) può migliorare il trasporto dei carichi riducendo la dispersione di elettroni liberi dai confini dei grani delle nanoparticelle TiO ₂ interconnesse ⁷ . Poiché le nanostrutture 1D forniscono un percorso più diretto per la raccolta di cariche, ci si può aspettare che il trasporto di elettroni in nanofibre (NF) sarebbe significativamente più veloce che nelle nanoparticelle ^{8 ,} </sup> ⁹ .

L'elettrospinning è uno dei metodi più comunemente utilizzati per la fabbricazione di materiali fibrosi con diametri sub micron ¹⁰ . Questa tecnica prevede l'uso di alta tensione per indurre l'espulsione di un getto di soluzione polimerica attraverso un filettatore. A causa dell'instabilità di flessione, questo getto viene successivamente tirato molte volte per formare nanofibre continue. Negli ultimi anni questa tecnica è stata ampiamente utilizzata per la fabbricazione di materiali polimerici e inorganici, utilizzati per applicazioni numerose e diverse, quali l'ingegneria tissutale ¹¹ , la catalisi ¹² e come materiali per elettrodi per le batterie agli ioni di litio ¹³ e per i supercapacitori ¹⁴ .

L'utilizzo di TiO ₂ -NFs elettrospinning come strato di dispersione nel photoanode può aumentare le prestazioni dei DSSC. Tuttavia, fotoanodi con nanofibroLe architetture us tendono ad avere un cattivo assorbimento di tinture a causa delle limitazioni della superficie. Una delle soluzioni possibili per superare questo è quella di mescolare NF e nanoparticelle. Ciò ha dimostrato di provocare ulteriori livelli di dispersione, migliorando l'assorbimento della luce e l'efficienza complessiva ¹⁵ .

Il protocollo presentato in questo video fornisce un metodo facile per sintetizzare nanofibre TiO _{2 a} ultrasuoni attraverso una combinazione di tecniche elettrospinning e sol-gel, seguita da un processo di calcinazione. Il protocollo illustra quindi l'uso dei TiO ₂ -NFs in combinazione con nanoparticulato TiO ₂ per la fabbricazione di un photoanode a doppio strato con una maggiore capacità di scattering della luce usando tecniche di pettinatura a dito, nonché il successivo assemblaggio di un DSSC usando un tale fotoanodo.