Электропереработка фотокаталитических электродов для сенсибилизированных красителем солнечных элементов

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC) представляют собой интересную альтернативу солнечным элементам на основе кремния ¹ благодаря их недорогому, относительно простому производственному процессу и простоте крупномасштабного производства. Другим преимуществом является их потенциал для включения в гибкие подложки, что является несомненным преимуществом перед солнечными батареями на основе кремния ² . Типичный DSSC использует: (1) фотонанод наночастиц TiO ₂ , сенсибилизированный красителем, в качестве светоуплотняющего слоя; (2) PTO-покрытый FTO, используемый в качестве противоэлектрода; И (3) электролит, содержащий окислительно-восстановительную пару, такую ​​как I ^– / I ₃ ^– , помещенный между двумя электродами, работающий как «дыропроводящая среда».

Несмотря на то, что DSSC превосходят эффективность 15% ³ , производительность фотонаносов на основе наночастиц все еще затруднена рядом ограничений, в том числе медленной подвижкой электроновY ⁴ , плохое поглощение низкоэнергетических фотонов ⁵ и рекомбинация заряда ⁶ . Эффективность электронного сбора сильно зависит от скорости переноса электронов через слой наночастиц TiO ₂ . Если диффузия заряда медленная, вероятность рекомбинации с I ₃ ^– в растворе электролита возрастает, что приводит к потере эффективности.

Было показано, что замена наночастиц TiO ₂ на одномерные (1D) наноархитектуры TiO ₂ может улучшить перенос заряда за счет уменьшения рассеяния свободных электронов на границах зерен связанных между собой наночастиц TiO ₂ . Поскольку 1D наноструктуры обеспечивают более прямой путь для сбора заряда, можно ожидать, что перенос электронов в нановолокнах (NFs) будет значительно быстрее, чем в наночастицах ^{8 ,} </sup> ⁹ .

Электроспиннинг является одним из наиболее часто используемых способов изготовления волокнистых материалов с субмикронным диаметром ¹⁰ . Этот метод включает использование высокого напряжения для индуцирования выброса струи раствора полимера через фильеру. Из-за неустойчивости при изгибе эта струя затем растягивается много раз, образуя сплошные нановолокна. В последние годы этот метод широко используется для изготовления полимерных и неорганических материалов, которые использовались для многочисленных и разнообразных применений, таких как тканевая инженерия ¹¹ , катализ ¹² и в качестве электродных материалов для литиево-ионных батарей ¹³ и суперконденсаторов ¹⁴ .

Использование электроптана TiO ₂ -NFs в качестве рассеивающего слоя в фотоаноде может повысить производительность DSSC. Однако фотоаноды с нанофиброНаша архитектура имеет тенденцию к плохому поглощению красителя из-за ограничений площади поверхности. Одним из возможных решений для преодоления этого является смешивание NF и наночастиц. Это, как было показано, приводит к дополнительным рассеивающим слоям, улучшая поглощение света и общую эффективность ¹⁵ .

Протокол, представленный в этом видео, представляет собой легкий метод синтеза ультранизких нановолокон TiO ₂ посредством сочетания электроспиннинга и золь-гель-технологий с последующим процессом прокаливания. Затем протокол иллюстрирует использование TiO ₂ -NF в комбинации с наночастицами TiO ₂ для изготовления двухслойного фотоанода с улучшенной способностью рассеивания света с использованием методов лопасти врача, а также последующую сборку DSSC с использованием такой фотоанод.