Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Повышение эффективности фотоэлектрического преобразования для гибких волоконных сенсибилизированных красителем солнечных элементов

Аннотация

Сенсибилизированный красителем гибкий TiO 2 Волокно с многослойной структурой было приготовлено с использованием щеточного метода в качестве фотоанода в эффективных гибких волокнистых сенсибилизированных красителем солнечных элементах (FFDSSC), чтобы избежать электронной рекомбинации и повысить эффективность электронного захвата. Композитный Pt противоэлектрод, приготовленный из модификации поверхности электроосажденной Pt проволоки с использованием простого одностадийного подхода термического разложения H 2 PtCl 6 раствор изопропанола и н-бутилового спирта (объемное соотношение =1:1) обеспечил значительное улучшение электрокаталитической активности, что было подтверждено обширными электрохимическими испытаниями. FFDSSC собран из TiO 2 в форме волокна. фотоанод и композитный Pt противоэлектрод обеспечивают повышенную эффективность фотоэлектрического преобразования на 6,35%, что выше, чем у FFDSSC с однослойным волокнистым TiO 2 фотоанод и электроосажденный противоэлектрод из платиновой проволоки. Что еще более важно, эффективность фотоэлектрического преобразования 6,35% сравнима с эффективностью FFDSSC на основе противоэлектрода из чистой Pt проволоки (6,32%). FFDSSC с высокой эластичностью, гибкостью и растяжимостью может адаптироваться к сложным механическим деформациям, что имеет большое значение для развития носимой электроники в будущем.

Фон

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC) считаются одними из наиболее многообещающих фотоэлектрических элементов следующего поколения, которые заменят обычные солнечные элементы на основе кремния за их преимущества низкой стоимости, высокой эффективности преобразования энергии и экологичности [1, 2] . Однако солнечные элементы с жестким проводящим стеклом в настоящее время сталкиваются с ограничениями в практическом применении, таком как транспортировка, установка, обращение и интеллектуальные текстильные системы [3,4,5]. Чтобы преодолеть такие проблемы и расширить область применения, исследователи DSSC серьезно обеспокоены волоконно-образными солнечными элементами как многообещающим кандидатом для будущих приложений в различных направлениях.

Волокнистые солнечные элементы демонстрируют уникальные преимущества легкости, пригодности для носки и адаптации к различным изогнутым поверхностям, таким как наши тела, по сравнению с планарными фотоэлектрическими устройствами и, таким образом, активно развиваются для удовлетворения требований различной носимой электроники в современной жизни [6,7, 8]. В дополнение к преимуществам гибкой плоской пластины DSSC, волоконные солнечные элементы обладают уникальным преимуществом трехмерного освещения, которое может полностью использовать рассеянный свет со всех сторон.

Сообщалось о нескольких исследованиях волокнистых DSSC с использованием модифицированной титановой проволоки в качестве фотоанода и чистой платины (Pt) в качестве противоэлектродов (CE) [9, 10]. Конечно, Pt является одним из наиболее селективных материалов для катализирования восстановления I 3 - к I - благодаря своей превосходной электрокаталитической активности, стабильности и отличной проводимости; однако это очень дорого с проволокой из чистой Pt в качестве CE и не способствует увеличению масштабов производства волокнистых устройств. Следовательно, важна эффективная конструкция электрода, включая недорогой КЭ с высокой проводимостью и каталитической способностью. Во многих отчетах было обнаружено несколько вариантов термического разложения или электрохимического восстановления для получения пленок Pt с той же функцией, что и у чистой платины, что значительно снижает количество используемой платины [11,12,13,14]. Кроме того, производительность FFDSSC с модифицированным фотоанодом из титановой проволоки низкая из-за небольшой загрузки красителя и рекомбинации электронов. Делается много попыток повысить эффективность оптического поглощения и переноса заряда за счет модификации поверхности, изменения размера частиц и многоструктурной конструкции фотоанода. Основная цель - разработать высокоэффективные оптоволоконные электроды для улучшения фотоэлектрических характеристик волоконно-оптических солнечных элементов.

Здесь гибкий волокнистый DSSC (FFDSSC) на основе гибкого волокнистого TiO 2 фотоанод с гладкой поверхностью, нанесенный на подложку из Ti-проволоки с использованием многоступенчатого метода спекания, и модифицированный Pt композитный CE, полученный с использованием Al-проволоки в качестве внутреннего сердечника с помощью двухэтапного подхода электрохимико-термического разложения, были предусмотрены для улучшения фотоэлектрических эффективность преобразования. Как и ожидалось, модифицированный композит Pt CE показал отличную электрокаталитическую активность и низкое сопротивление переносу заряда 3,11 Ом см 2 . благодаря обширным электрохимическим измерениям. FFDSSC продемонстрировал значительно улучшенную эффективность фотоэлектрического преобразования, составляющую 6,35% при облучении 100 мВт / см −2 . (AM 1.5).

Методы

Материалы

Гексагидрат хлорида никеля (II) (NiCl 2 · 6H 2 O, 98%), тиомочевина (TU, ≥ 99,0%), гексагидрат хлорида кобальта (CoCl 2 · 6H 2 O, 98%), этанол, платинохлористоводородная кислота, тетрахлорид титана (TiCl 4 ) и тетра-н-бутилтитанат приобретены в Shanghai Chemical Agent Ltd., Китай. Все реактивы имеют чистую аналитическую чистоту. Алюминиевая и титановая проволока (диаметр =0,2 мм, 99,999%) приобретается у Shengshida Metallic Material Co., Ltd. China. Краситель N719, сенсибилизированный металлоорганическими соединениями, получен от Solaronix SA (Швейцария). TiO 2 пасту (диаметр =20 нм) приобретают в Wuhan Geao Co., Ltd. China.

Подготовка гибкого волокнистого TiO 2 фотоанод

Алюминиевая и титановая проволока длиной 15 см шлифовали наждачной бумагой и подвергали ультразвуковой очистке последовательно в моющем средстве, ацетоне, дистиллированной воде и этаноле в течение 30 мин соответственно, а затем хранили в изопропиловом спирте. TiCl 4 растворы были настроены с концентрацией 0,03 и 0,05 М и хранились в холодильнике.

Сенсибилизированный красителем гибкий волокнистый TiO 2 фотоанод был подготовлен согласно нашим предыдущим отчетам [15,16,17]. Во-первых, барьерный слой был сформирован путем погружения подложки из титановой проволоки длиной 15 см в 0,03 M TiCl 4 . раствора при 70 ° С в течение 1 ч с последующим спеканием при 450 ° С в течение 30 мин на воздухе. Этот процесс повторяется пять раз, чтобы увеличить загрузку TiO 2 . . Впоследствии TiO 2 слой с размером частиц 20 нм был нанесен на барьерный слой кистью и затем спечен при 450 ° C в течение 30 мин на воздухе. Этот процесс повторяется трижды, чтобы получить гладкую поверхность. Модифицированный слой формируется путем погружения упомянутого выше TiO 2 подложка в 0,05 М TiCl 4 раствор при 70 ° C в течение 1 ч и спекание при 450 ° C еще 30 мин. Этот процесс повторяется два раза, чтобы убедиться, что TiO 2 поры заполнены. Краситель загружали путем погружения волокнистого TiO 2 анод в 0,3 мМ раствора красителя N719 трет-бутанол / ацетонитрил в течение 12 ч. Таким образом, сенсибилизированный красителем гибкий волокнистый TiO 2 фотоанод был получен.

Подготовка Pt-волокнистого CE и изготовление FFDSSC

Fibrous Pt CE был приготовлен методом двухэтапного электрохимико-термического разложения. Сначала алюминиевую проволоку пропитали 0,01 M H 2 . PtCl 6 и LiClO 4 этанольный раствор для проведения процедуры электроосаждения и получил волокнистый КЭ Pt-1. Полученный волокнистый КЭ Pt-1 нагревали до 250 ° C, а затем 0,5 мл H 2 PtCl 6 (1,0 мас.%) Раствор изопропанола и н-бутилового спирта (объемное соотношение =1:1), содержащий эмульгирующий агент OP (1,0 мас.%), Быстро капали на поверхность волокнистого CE Pt-1 и спекали при 450 ° C в течение 30 мин. мин для удаления некоторых остаточных органических соединений в слое платины, и таким образом была приготовлена ​​микропористая платиновая пленка, подписанная волокнистым СЕ Pt-2. Волокнистый CE Pt-2 был скручен вокруг волокнистого TiO 2 фотоанод с шагом приблизительно 0,5 мм для формирования гибкого волокна DSSC (как показано на рис. 1). Полученная проволока была запаяна в пластиковую трубку (диаметр 0,5 мм), и окислительно-восстановительный электролит (0,05 М I 2 , 0,1 М LiI, 0,6 М тетрабутиламмониййодида и 0,5 М ТБФ в ацетонитриле) вводили шприцем и герметично закрывали УФ-отверждаемым адгезивом (HT8803) для предотвращения утечки или испарения жидкого электролита. Для сравнения:гибкие волокнистые DSSC (на основе КЭ Pt-1 и чистой Pt, а также волокнистый TiO 2 фотоанод с TiCl и без него 4 модификации) были подготовлены с использованием аналогичного процесса.

Схематическое изображение изготовления DSSC в форме волокна. а Процесс изготовления волоконного DSSC. б Фотография волокнистого DSSC

Характеристика

Морфологию поверхности образцов наблюдали с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (SEM) JSM-7001F. Анализ энергодисперсионной спектроскопии (EDS) был получен от Bruker-ASX (модель Quan-Tax 200). Измерения циклической вольтамперометрии (ЦВА) проводились в трехэлектродной ячейке с одним отделением, в которой в качестве рабочего электрода использовалась предварительно подготовленная Pt-проволока, лист Pt размером 1,5 см 2 в качестве CE, а электрод Ag / AgCl в качестве электрода сравнения в растворе ацетонитрила, состоящем из 10 мМ LiI, 1 мМ I 2 , и 0,1 М LiClO 4 . Испытания EIS проводились с моделированием условий холостого хода в окружающей атмосфере с использованием электрохимической измерительной системы (CHI660E, Shanghai Chenhua Device Company, Китай) при постоянной температуре 20 ° C с амплитудой сигнала переменного тока 20 мВ в диапазоне частот от От 0,1 до 10 5 Гц при смещении 0 В постоянного тока в темноте.

Фотогальванические испытания FFDSSC проводились путем измерения характеристических кривых фототока-фотоэдс (J-V) при облучении 100 мВт / см - 2 от солнечного симулятора (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd) в окружающей атмосфере. Коэффициент заполнения (FF) и эффективность фотоэлектрического преобразования ( η ) DSSC рассчитывались по следующим уравнениям:

$$ \ upeta \ left (\% \ right) =\ frac {\ mathrm {Vmax} \ times \ mathrm {Jmax}} {\ mathrm {Pin}} \ times 100 \% =\ frac {\ mathrm {Voc } \ times \ mathrm {Jsc} \ times \ mathrm {FF}} {\ mathrm {Pin}} \ times 100 \% $$ (1) $$ \ mathrm {FF} =\ frac {V \ max \ times J \ max} {V \ mathrm {oc} \ times J \ mathrm {sc}} $$ (2)

где J sc - плотность тока короткого замыкания (мА см −2 ); V oc - напряжение холостого хода (В), P в мощность падающего света (мВт см −2 ) и J макс (мА см −2 ) и V макс (В) - плотность тока и напряжение в точке максимальной выходной мощности на кривой J – V, соответственно.

Результаты и обсуждение

Морфология поверхности и состав образцов

На рис. 2 представлены СЭМ-изображения волокнистого TiO 2 . фотоанод и Pt CE с различным разрешением, изображения EDS волокнистого Pt CE и TiO 2 фотоанод до и после сенсибилизации. Из рис. 2a и b видно, что TiO 2 в форме волокна фотоанод сохраняет гладкую поверхность и пористую структуру, а TiO 2 наночастицы равномерно диспергируются в титановой проволоке. Таким образом, волокнистый TiO 2 фотоанод, модифицированный TiCl 4 дважды сформировал TiO 2 барьерный слой, который может эффективно предотвращать рекомбинацию электронов между электролитом и Ti-волокном. Из рис. 2c и d можно увидеть, что поверхность волокнистой Pt CE является гладкой, однородными микропорами и небольшим количеством выпуклостей, которые возникли в результате быстрого кипения и улетучивания изопропанола, а большое количество пор образовалось in situ в поверхность электроосаждения Pt. Такая морфология поверхности модифицированного Pt CE в форме волокна в значительной степени увеличивает удельную поверхность платинового волокна и используется для адсорбции жидкого электролита [18], что, следовательно, приводит к значительному улучшению плотности фототока и напряжения холостого хода для FFDSSC. На рисунках 2e и f показаны EDS-изображения TiO 2 . фотоаноды до и после сенсибилизации соответственно. По сравнению с рис. 2e, f показывает, что TiO 2 Фотоанод был успешно сенсибилизирован сильным сигналом элемента Ru. Сильные сигналы для элементов Al и Pt, как показано на рис. 2g, указывают на то, что волокнистый Pt CE был приготовлен с использованием алюминиевой проволоки в качестве внутреннего сердечника.

СЭМ изображения TiO 2 фотоанод ( а , b ) и волокнистый Pt CE ( c , d ) с разным разрешением, изображения EDS TiO 2 фотоанод перед ( e ) и после ( f ) сенсибилизирующий, а волокнистый Pt CE ( g )

Электрохимические свойства

На рисунке 3 представлены циклические вольтамперограммы электроосаждения КЭ Pt до и после модификации термическим разложением Pt при скорости сканирования 50 мВ с −1 для исследования электрокаталитической активности образцов в интервале потенциалов от - 0,4 до 1,0 В. Насколько нам известно, абсолютное значение катодной пиковой плотности тока | I pc | положительно коррелирует с каталитической способностью электродов, а абсолютное значение межпикового разделения | E pp | обратно коррелирует с электрокаталитической активностью ХЭ [19, 20]. На рисунке 3 показаны почти идентичные формы двух пар пиков окислительно-восстановительного потенциала и | E pp | для КЭ Pt-1 и Pt-2 в I - / I 3 - окислительно-восстановительная система и | I pc | КЭ Pt-1 и Pt-2 составляют 2,10 и 2,87 мА см -2 соответственно, что демонстрирует гораздо более высокую катодную пиковую плотность тока для ЭП Pt-2. Это связано с большой площадью активной поверхности и структурой микропор Pt-2 CE, образованной в результате быстрого кипения и улетучивания изопропанола, а также с большим количеством пор, образующихся in situ в платиновой пленке. Было замечено, что хотя КЭ Pt-1 и Pt-2 демонстрируют аналогичный | E pp |, однако Pt-2 CE показывает намного больше | I pc | чем у Pt-1 CE. Это указывает на то, что Pt-2 CE более эффективно действует как катализатор в реакции I - / I 3 - электролита, чем у Pt-1 CE. Что еще более важно, Pt-2 CE с двухслойной структурой показывает более высокие значения для | I pc | и | E pp | чем у чистого Pt волокна CE (перечислены в таблице 1). Этот факт полностью доказывает, что Pt-2 CE с недорогой и простой подготовкой выполняет ту же функцию, что и чистое Pt волокно CE. Следовательно, электроосаждение Pt CE, модифицированного термическим разложением Pt, является эффективным электрокатализатором и имеет хорошую электрокаталитическую способность для I - / I 3 - окислительно-восстановительная реакция.

Циклические вольтамперограммы для КЭ Pt-1, Pt-2 и чистой Pt при скорости сканирования 50 мВ с -1

На рисунке 4 показаны 50 циклических вольтамперограмм для Pt-2 CE при скорости сканирования 50 мВ с -1 . для исследования долговременной электрохимической стабильности CE. Как показано на рис. 4, нормализованные катодные и анодные пиковые плотности тока практически не меняются после тестирования в течение 50 последовательных циклов. Это говорит о том, что электроосаждение Pt CE после модификации H 2 PtCl 6 Термическое разложение, нанесенное на алюминиевый субстрат, обладает превосходной электрохимической и химической стабильностью.

Циклические вольтамперограммы для Pt-2 CE при скорости сканирования 50 мВ с −1 . 50 циклов непрерывного сканирования ( a ); циклические вольтамперограммы 1-го и 50-го круга ( b )

Электрохимические импедансы КЭ являются эффективными и обширными инструментами для исследования процесса переноса заряда. На рисунке 5 показаны графики Найквиста симметричных КЭ Pt-1, Pt-2 и чистой Pt для I - / I 3 - электролит и соответствующие параметры EIS также перечислены в таблице 1, в которой R s - значение сопротивления в начальной точке первого полукруга, R ct - радиус первого полукруга, а полукруг представляет диффузионный импеданс Нернста ( Z w ), соответствующее диффузионному сопротивлению I - / I 3 - редокс-виды [21, 22]. Как всем известно, R ct является важным параметром для сравнения электрокаталитической способности различных КЭ, которая обратно коррелирует с каталитической способностью КЭ. Из рис. 5 и таблицы 1, R s связанные с ХЭ Pt-1, Pt-2 и чистой Pt, составляют 3,96, 3,57 и 3,75 Ом · см 2 , соответственно. R ct для КЭ Pt-1, Pt-2 и чистой Pt составляют 3,99, 3,11 и 3,10 Ом · см −2 , соответственно. Другими словами, R s и R ct для вышеупомянутых CE следуйте порядку Pt-1> Pt-2> Pt. Таким образом, он сравним с таковым у Pt-1 CE и указывает на более низкое сопротивление межфазной передаче заряда на границе между Pt-2 CE и I - / I 3 - электролит при тех же условиях тестирования. Эти результаты полностью подтверждают, что Pt-2 CE с двухслойной структурой после термического разложения модификации Pt показывает значительное улучшение электрохимической каталитической способности по сравнению с чистой Pt CE. Причины улучшения характеристик КЭ можно отнести к структуре поверхности, то есть однородным микропорам и небольшому количеству выпуклостей, а также к хорошим электрохимическим свойствам, благодаря которым электроны могут легко проходить через границу раздела пленка Pt-2 | Al. Основываясь на всестороннем рассмотрении данных EIS, можно предположить, что свойство Pt-2 CE позволяет улучшить фотоэлектрические характеристики FFDSSC.

EIS для КЭ Pt-1, Pt-2 и чистой Pt для I - / I 3 - окислительно-восстановительная пара

На рисунке 6 представлены кривые Тафеля для симметричных ячеек, подобные тем, которые использовались в измерениях EIS, чтобы подтвердить электрокаталитическую активность КЭ Pt-1, Pt-2 и чистой Pt. Как видно на рис. 6, Pt-2 CE показывает гораздо большую плотность тока обмена ( Дж 0 ) и предельной плотности диффузионного тока ( Дж lim ) (1,48 и 2,18 мА см - 2 ) по сравнению с Pt-1 CE (1,28 и 1,89 мА · см −2 ), что свидетельствует о более высокой проводимости и электрокаталитической способности Pt-2 CE. Кроме того, чем выше J lim для Pt-2 CE отражает более высокую скорость диффузии окислительно-восстановительной пары в электролите [23,24,25]. Кроме того, как и ожидалось, электрокаталитическая активность Pt-2 CE показана так же превосходно, как и чистой Pt CE. Эти положительные факторы могут быть отнесены к тем же причинам, что и CV и EIS, которые логически приводят к эффективной эффективности преобразования энергии для FFDSSC. Теоретически J 0 обратно пропорционально R ct согласно формуле. (5) [26, 27]. Изменившаяся тенденция J 0 в кривых Тафеля для КЭ Pt-1, Pt-2 и чистой Pt в целом соответствует EIS. Как правило, результаты обширных электрохимических измерений (CV, EIS и Tafel) показывают, что Pt-2 CE обладает повышенной электрокаталитической активностью по сравнению с чистой Pt CE; таким образом, можно логически ожидать значительного улучшения фотоэлектрических характеристик FFDSSC.

$$ {J} _0 =\ frac {RT} {nFR _ {\ mathrm {ct}}} $$ (5)

Тафелевские кривые симметричных КЭ Pt-1, Pt-2 и чистой Pt для I - / I 3 - окислительно-восстановительная пара

где R газовая постоянная, T , F , n , и R ct имеют свое обычное значение.

Фотоэлектрические характеристики FFDSSC

J-V характеристики FFDSSC с различными КЭ и фотоанодами были измерены ниже 100 мВт см -2 (AM 1,5 G), и результаты представлены на рис. 7 и в таблице 2. Кривые b и c представляют FFDSSC, собранные с КЭ Pt-1 и Pt-2 и TiO 2 фотоанод без TiCl 4 модифицированные на рис. 7, которые не являются гладкими. Однако важно отметить, что напряжение холостого хода ( В oc ) и плотности тока короткого замыкания ( Дж sc ) FFDSSC-c (0,760 В и 10,78 мА см −2 ) намного выше, чем у FFDSSC-b (0,625 В и 10,78 мА см −2 ). Это явление связано с низким R ct , превосходная электрохимическая каталитическая активность и проводимость для Pt-2 CE, а также увеличенная площадь контакта между Pt-2 CE и электролитом [28, 29]. Кривые d и e FFDSSC с КЭ Pt-1 и Pt-2 и TiO 2 фотоанод с TiCl 4 изменено отображение плавных кривых с высоким V oc , Дж sc , и коэффициент заполнения (FF). Вместе с тем более высокие фотоэлектрические характеристики FFDSSC-e в основном связаны с более низким R ct , и более высокая электрохимическая каталитическая активность и проводимость для Pt-2 CE по сравнению с FFDSSC-a на основе чистого Pt CE и TiO 2 фотоанод с TiCl 4 модифицированный (6,32%). Кроме того, более важные причины связаны с TiCl 4 модификация, которая увеличивает скорость генерации фотоэлектронов возбужденными молекулами красителя и снижает скорость рекомбинации электрона и титановой проволоки; таким образом, устройство логически показывает лучше V oc , Дж sc , и значения FF. И наоборот, FFDSSC на основе TiO 2 фотоанод без модификации TiCl 4 показывает худшие фотоэлектрические характеристики. Одновременно двойная модификация CE значительно влияет на производительность FFDSSC, что увеличивает нагрузку электролита на поверхность CE и снижает внутреннее сопротивление и темновой ток FFDSSC, тем самым значительно улучшая J sc ценности. Это указывает на то, что двойная модификация электрода способствует быстрому переносу электронов на границе раздела между I - / I 3 - электролит и электроды, а также можно сделать вывод, что FFDSSC на основе Pt-2 CE и TiO 2 фотоаноды, модифицированные TiCl 4 действительно может улучшить рекомбинацию зарядов и иметь более выдающийся эффект, чем другие FFDSSC.

Кривые фотоэлектрических характеристик для FFDSSC, изготовленных с различными фотоанодами, и CE при стандартном освещении. J-V характеристики FFDSSC ( a ); соотношение между эффективностью преобразования мощности и напряжением холостого хода ( b )

На рисунке 8 показаны графики Найквиста для FFDSSC, основанные на различных КЭ и фотоанодах ниже 100 мВт см -2 . (AM 1,5 G) облучение, а эквивалентная схема показана на вставке. R s - последовательное сопротивление, а R ct сопротивление переносу заряда на границе раздела электролит / фотоанод. R s и R ct значения для FFDSSC с компактным слоем из TiCl 4 модифицированные (FFDSSC a, d, e) ниже, чем у FFDSSC без TiCl 4 модифицированный; это связано с ультратонким TiO 2 компактный слой с высокой подвижностью электронов улучшает интерфейсный контакт между Ti-проволокой и TiO 2 фотоанод, а также снижает вероятность рекомбинации электронов [30, 31]. Кроме того, FFDSSC-e имеет наименьшее значение R s и R ct значений среди FFDSSC a, d и e, что меньше, чем у FFDSSC-a. Это указывает на то, что Pt-2 CE с двумя модификациями в FFDSSC более полезен для транспорта электронов на границе между I - / I 3 - электролита и электродов, чем у чистой Pt CE. Как следствие, многочисленные модификации анода и противоэлектрода в FFDSSC являются проводящими для улучшения фотоэлектрических характеристик.

EIS для FFDSSC, изготовленных с использованием различных фотоанодов и CE, при стандартном освещении

На рисунке 9 показан IPCE FFDSSC с разными CE и фотоанодами для отражения светового отклика, который напрямую связан с J sc . Как показано на рис. 9, максимальная эффективность всех FFDSSC на длине волны около 520 нм совпадает с длиной волны максимума поглощения красителя N719 [32, 33]. Максимальный пик IPCE для вышеупомянутых FFDSSC соответствует порядку e> a> d> c> b. Этот результат хорошо согласуется с фотоэлектрическими характеристиками, показанными на рис. 7, что также еще раз доказывает, что многочисленные модификации анода и противоэлектрода могут значительно улучшить фотоэлектрические характеристики FFDSSC.

IPCE различных FFDSSC

Выводы

Эффективный гибкий волокнистый сенсибилизированный красителем солнечный элемент (FFDSSC) был изготовлен из волокон TiO 2 с многослойной структурой. фотоанод (модифицированный TiCl 4 ) и Pt-2 CE с двухслойной структурой для повышения производительности устройства. Волокно Pt-2 CE демонстрирует превосходную электрокаталитическую активность в отношении восстановления трииодида в FFDSSC с помощью циклической вольтамперометрии, спектроскопии электрохимического импеданса и определения характеристик Тафеля. FFDSSC на основе волоконного электрода Pt-2 и TiO 2 волоконный фотоанод, модифицированный TiCl 4 показывает эффективность фотоэлектрического преобразования 6,35%, что на 69,8% выше, чем у однослойного волокна TiO 2 фотоанод и электроосаждение Pt-проволоки, что сопоставимо с FFDSSC на основе чистой Pt-проволоки CE. Этот недорогой и простой в изготовлении FFDSSC с высокой эластичностью, гибкостью и растяжимостью может подготовить высокопроизводительные носимые микросолнечные элементы для адаптации к сложным механическим деформациям, которые имеют огромный потенциал для создания нового семейства устройств преобразования и хранения энергии.

Сокращения

CE:

Противоэлектрод

Резюме:

Циклическая вольтамперометрия

FFDSSC:

Гибкий волокнистый сенсибилизированный красителем солнечный элемент

Я - / I 3 - :

Йодид / трииодид

J 0 :

Плотность обменного тока

J lim :

Ограничение плотности тока

J ma x :

Максимальная плотность тока

J sc :

Плотность тока короткого замыкания

JV:

Фототок-фотоэдс

PCE:

Эффективность преобразования энергии

P в :

Мощность падающего света

R ct :

Сопротивление переносу заряда

R s :

Последовательное сопротивление

SEM:

Сканирующая электронная микроскопия

V макс :

Максимальное напряжение

V oc :

Напряжение холостого хода


Наноматериалы

  1. Битва за эффективность:бумага против CMMS
  2. Нанодеревья для сенсибилизированных красителем солнечных элементов
  3. Высокоэффективные графеновые солнечные элементы
  4. Нано-гетеропереходы для солнечных элементов
  5. Пластиковые компоненты:на пути к повышению эффективности в автомобилестроении
  6. Влияние распределения наночастиц золота в TiO2 на оптические и электрические характеристики сенсибилизирован…
  7. Последовательно выращенный из пара гибридный перовскит для плоских солнечных элементов с гетеропереходом
  8. Оптимальный предшественник титана для изготовления компактного слоя TiO2 для перовскитных солнечных элементо…
  9. Флуоресцентный аптасенсор на основе оксида графена для обнаружения включения CCRF-CEM
  10. Глобальное потепление снизит эффективность солнечных батарей