Electrospinning de eletrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por corante

As células solares sensibilizadas por corantes (DSSCs) são uma alternativa interessante às células solares à base de silício ^1, graças ao seu baixo custo, processo de fabricação relativamente simples e facilidade de produção em grande escala. Outro benefício é o seu potencial para ser incorporado em substratos flexíveis, uma vantagem distinta em relação às células solares à base de silício ² . Um DSSC típico utiliza: (1) um fotoaneto de TiO ₂ nanoparticulado, sensibilizado com um corante, como uma camada de colheita leve; (2) um FTO revestido com Pt, usado como um contra-eletrodo; E (3) um eletrólito contendo um casal redox, como I ^– / I ₃ ^– , colocado entre os dois eletrodos, funcionando como um "meio condutor de furos".

Embora os DSSCs tenham ultrapassado as eficiências de 15% ³ , o desempenho de fotanodes à base de nanopartículas ainda está dificultado por uma série de limitações, incluindo mobilização de elétrons lentoY ⁴ , má absorção de fótons de baixa energia ⁵ e recombinação de carga ⁶ . A eficiência da coleta de elétrons depende fortemente da taxa de transporte de elétrons através da camada de nanopartículas de TiO ₂ . Se a difusão de carga for lenta, a probabilidade de recombinação com I3 ^– na solução eletrolítica aumenta, resultando em uma perda de eficiência.

Demonstrou-se que a substituição do TiO ₂ nanoparticulado por nanoarquitecturas _de TiO ₂ unidimensionais (1D) pode melhorar o transporte de carga reduzindo a dispersão de elétrons livres dos limites de grãos das nanopartículas de TiO ₂ interconectadas ⁷ . À medida que as nanoestruturas 1D fornecem uma via mais direta para coleta de cobrança, podemos esperar que o transporte de elétrons em nanofibras (NFs) seja significativamente mais rápido do que em nanopartículas ^{8 ,} </sup> ⁹ .

Electrospinning é um dos métodos mais utilizados para a fabricação de materiais fibrosos com diâmetros submicrométricos ¹⁰ . Esta técnica envolve o uso de alta tensão para induzir a ejeção de um jato de solução de polímero através de uma fiação. Devido à instabilidade de flexão, este jato é posteriormente esticado muitas vezes para formar nanofibras contínuas. Nos últimos anos, esta técnica tem sido amplamente utilizada para fabricar materiais poliméricos e inorgânicos, que foram utilizados para aplicações numerosas e diversas, tais como engenharia de tecidos ¹¹ , catálise ¹² e como materiais de eletrodo para baterias de iões de lítio ¹³ e supercondensadores ¹⁴ .

O uso de TiO ₂ -NFs electrospun como a camada de dispersão no fotoanode pode aumentar o desempenho de DSSCs. No entanto, os fotoanodes com nanofibroAs arquiteturas de nós tendem a ter pouca absorção de corantes devido às limitações da área de superfície. Uma das possíveis soluções para superar isso é misturar NFs e nanopartículas. Isso resultou em camadas de dispersão adicionais, melhorando a absorção de luz e a eficiência geral ¹⁵ .

O protocolo apresentado neste vídeo fornece um método fácil para sintetizar nanofibras ultralong TiO ₂ através de uma combinação de técnicas de eletrospinning e sol-gel, seguidas de um processo de calcinação. O protocolo então ilustra o uso dos TiO ₂ -NF em combinação com TiO ₂ nanoparticulado para a fabricação de um fotoanodo de camada dupla com capacidade de dispersão de luz melhorada usando técnicas de doutoramento, bem como a subsequente montagem de um DSSC usando tal Photoanode.