色素増感太陽電池用光触媒電極のエレクトロスピニング

色素増感型太陽電池（DSSC）は、低コスト、比較的簡単な製造プロセス、および大規模生産の容易さのおかげで、シリコンベース太陽電池^1の興味深い代替物です。もう1つの利点は、シリコンベースの太陽電池^2に比べて明確な利点であるフレキシブル基板に組み込まれる可能性です。典型的なDSSCは、（1）光収穫層として色素で増感されたナノ粒子TiO ₂光アノード、 （2）対極として使用されるPt被覆FTO、 （3）2つの電極の間に配置され、「正孔伝導媒体」として作用する酸化還元対を含む電解質、例えばI ^– / I _3- ^–を含む。

DSSCは15％ ^3の効率を上回っているが、ナノ粒子ベースの光アノードの性能は、依然として、遅い電子移動を含む多くの制限によって依然として阻害されているy ⁴ 、低エネルギー光子^5の吸収不良、および電荷再結合⁶ 。電子収集効率は、TiO ₂ナノ粒子層を通る電子輸送速度に強く依存する。電荷の拡散が遅い場合、電解質溶液中でのI ₃ ^–との再結合の確率が増加し、結果として効率が低下する。

ナノ粒子TiO ₂を一次元（1D）TiO ₂ナノアーキテクチャに置き換えることにより、相互接続されたTiO ₂ナノ粒子^7の粒界からの自由電子の散乱を低減することによって、電荷輸送を改善できることが示されている。 1Dナノ構造が電荷収集のためのより直接的な経路を提供するので、ナノファイバー（NF）における電子輸送は、ナノ粒子⁸よりも著しく速いことが期待され^、 </sup> ⁹ 。

エレクトロスピニングは、サブミクロンの直径を有する繊維材料の製造に最も一般的に使用される方法の1つである¹⁰ 。この技術は、紡糸口金を通してポリマー溶液ジェットの噴出を誘導するために高電圧を使用することを含む。曲げの不安定性のために、このジェットは引き続いて何度も引き伸ばされて連続ナノファイバーを形成する。近年、この技術は、組織工学¹¹ 、触媒¹² 、およびリチウムイオン電池¹³およびスーパーキャパシタ^14の電極材料として、多種多様な用途に使用されてきたポリマーおよび無機材料を製造するために広く使用されている。

光アノード中の散乱層としてのエレクトロスピニングされたTiO ₂ -NFの使用は、DSSCの性能を高めることができる。しかしながら、ナノ繊維を有する光アノード私たちのアーキテクチャは、表面積の制限のために色素吸収が乏しい傾向がある。これを克服するための解決策の1つは、NFとナノ粒子を混合することです。これは、追加の散乱層をもたらし、光吸収および全体的な効率を改善することが示されている¹⁵ 。

このビデオで提示されたプロトコールは、電界紡糸法とゾル – ゲル法との組み合わせ、次いで焼成工程を経ることにより、超長時間TiOナノファイバーを合成する簡単な方法を提供する。このプロトコルは、ドクターブレーディング技術を用いて光散乱能を高めた二重層光アノードを製造するためのナノ粒子TiO ₂と組み合わせたTiO ₂ -NFの使用、およびこのようなフォトアノード。