Electrospinning de electrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por tinte

Las células solares sensibilizadas por colorantes (DSSCs) son una interesante alternativa a las células solares basadas en silicio ¹ gracias a su bajo costo, proceso de fabricación relativamente sencillo y facilidad de producción a gran escala. Otro beneficio es su potencial para ser incorporados en sustratos flexibles, una clara ventaja sobre las células solares basadas en silicio ² . Un DSSC típico utiliza: (1) un fotoanodo de TiO2 nanoparticulado, sensibilizado con un tinte, como una capa de recolección de luz; (2) un FTO recubierto de Pt, utilizado como un contraelectrodo; Y (3) un electrolito que contiene una pareja redox, tal como I ^– / _I3 ^– , colocado entre los dos electrodos, que funciona como un "medio de conducción de orificios".

A pesar de DSSCs han superado las eficiencias de 15% ³ , el rendimiento de nanopartículas a base de fotoanodos sigue siendo todavía obstaculizada por una serie de limitaciones, incluyendo movilidad de electrones lentosY ⁴ , mala absorción de fotones de baja energía ⁵ , y la carga de recombinación [ ^6] . La eficacia de la recolección de electrones depende en gran medida de la velocidad de transporte de electrones a través de la capa de nanopartículas de TiO2. Si la difusión de carga es lenta, aumenta la probabilidad de recombinación con _I3 ^– en la solución electrolítica, resultando en una pérdida de eficiencia.

Se ha demostrado que la sustitución de TiO ₂ nanoparticulado con nano-arquitecturas unidimensionales de TiO ₂ (1D) puede mejorar el transporte de carga reduciendo la dispersión de electrones libres de los límites de grano de las nanopartículas ^de TiO ₂ interconectadas ⁷ . Como las nanoestructuras 1D proporcionan una vía más directa para la recolección de carga, podemos esperar que el transporte de electrones en las nanofibras (NF) sea significativamente más rápido que en las nanopartículas ^{8 ,} </sup> ⁹ .

Electrospinning es uno de los métodos más comúnmente utilizados para la fabricación de materiales fibrosos con diámetros sub-micrométricos ¹⁰ . Esta técnica implica el uso de alto voltaje para inducir la expulsión de un chorro de solución de polímero a través de una hilera. Debido a la inestabilidad de flexión, este chorro se estira posteriormente muchas veces para formar nanofibras continuas. En los últimos años, esta técnica se ha utilizado ampliamente para fabricar materiales poliméricos e inorgánicos, que se han utilizado para numerosas y diversas aplicaciones, tales como ingeniería de tejidos ¹¹ , catálisis ¹² y como materiales de electrodo para baterías de ion de litio ¹³ y supercondensadores ¹⁴ .

El uso de TiO2 _– NF de electrospun como capa de dispersión en el fotoanodo puede incrementar el rendimiento de los DSSC. Sin embargo, los fotoanodos con nanofibroLas arquitecturas tienden a tener una pobre absorción del color debido a las limitaciones de superficie. Una de las soluciones posibles para superar esto es mezclar NFs y nanopartículas. Se ha demostrado que esto da como resultado capas de dispersión adicionales, mejorando la absorción de la luz y la eficiencia global ¹⁵ .

El protocolo presentado en este video proporciona un método fácil para sintetizar ultralong TiO ₂ nanofibers a través de una combinación de electrospinning y sol-gel técnicas, seguido de un proceso de calcinación. El protocolo ilustra entonces el uso de TiO2 _– NFs en combinación con TiO2 nanoparticulado para la fabricación de un fotoanodo de doble capa con capacidad mejorada de dispersión de la luz utilizando técnicas de raspado médico, ası como el subsiguiente ensamblaje de un DSSC usando tal Fotoanodo