Высокопроизводительные контрэлектроды MoIn₂S₄@CNT для красительно-сенсибилизированных солнечных элементов

Аннотация

Тернарный и композитный контрэлектрод (КЭ) MoIn₂S₄@CNT с ежовидной шаровой структурой был синтезирован простым одноступенчатым гидротермальным методом. Композитная пленка MoIn₂S₄@CNT обладает большой удельной поверхностью по тесту изотерм адсорбции-десорбции N₂, что выгодно для адсорбирования большего электролита и предоставления большей активной контактной площади для электрода. Кроме того, композитный КЭ MoIn₂S₄@CNT демонстрирует низкое сопротивление переноса заряда и хорошую электрокаталитическую способность по серии электрохимических тестов, включая циклическую вольтамметрию, электрохимическое импедансное spektроскопию и кривые Тафеля. При оптимальных условиях ДССЭ на основе композитного КЭ MoIn₂S₄@CNT-2 достигает впечатляющей эффективности преобразования энергии 8,38%, что значительно превосходит ДССЭ с КЭ MoIn₂S₄ (7,44%) и Pt электродом (8,01%). Текущая работа предоставляет упрощенный процесс подготовки для ДССЭ.

Введение

В последние десятилетия срочно необходимо эксплуатировать и использовать возобновляемую энергию, замещающую обычные ископаемые топлива, с усилением тяжелого дефицита энергии и экологической деградации [1, 2]. Красительно-сенсибилизированный солнечный элемент (ДССЭ) привлек широкое исследование благодаря своей экологической дружественности, легкому процессу подготовки, блестящей фотоэлектрической характеристике и т.д. [3, 4]. Контрэлектрод (КЭ), как один из значимых компонентов ДССЭ, играет роль сбора электронов из внешней цепи и катализа восстановления реакции I₃⁻ в I⁻ в жидком электролите [5, 6]. В общем, идеальные материалы КЭ содержат достоинства высокой электрической проводимости и замечательной каталитической активности. Однако платина (Pt) как распространенный и эффективный материал КЭ ограничена крупномасштабным коммерческим применением из-за главных слабостей: дефицита, дороговизны и плохой долгосрочной стабильности [7, 8]. Поэтому огромные усилия были сделаны для разработки легко доступных, дешевых и с Pt-подобной каталитической активностью, применяемых в ДССЭ на протяжении многих лет [9].

На данный момент различные виды выдающихся альтернативных материалов были предложены, такие как углеродные материалы [10, 11], дихалкогениды переходных металлов [12], проводящие полимеры [13], металлические сплавы [14] и их соединения [15, 16]. Среди них бинарные дихалкогениды переходных металлов привлекли большое внимание благодаря их уникальной структуре и химическим свойствам. Например, синтезированный MoS₂ на FTO субстрате демонстрирует сэндвичевую слоистую структуру, большую поверхностную площадь и больше активных краевых центров, ведущих к экстремально фотоэлектрической характеристике как КЭ для ДССЭ [17]. В то же время обширные исследовательские работы, сфокусированные на каталитической активности для восстановления I₃⁻, также проводились для WS₂ [18], FeS₂ [19], CoS [20] и NiS₂ [21], которые были сопоставимы или даже лучше, чем Pt электрод. Тем не менее, присущие характеристики этих материалов, такие как низкая электрическая проводимость и только два фиксированных химических состава, препятствовали дальнейшему улучшению их каталитической активности [22]. Следовательно, многочисленные методы, направленные на преодоление вышеупомянутых недостатков, были приняты для синтеза многокомпонентных дихалкогенидов переходных металлов путем регулировки компонентных элементов, проектирования структуры и адаптации морфологии. К счастью, значительные многокомпонентные дихалкогениды переходных металлов достигли значительных улучшений в каталитической способности для ДССЭ, такие как NiCo₂S₄ [23], MIn₂S₄ (M = Fe, Co, Ni) [22], CuInS₂ [24], CoCuWS_x [25] и Ag₈GeS₆ [26], каталитическая способность которых очевидно намного лучше, чем у их бинарных аналогов.

Кроме того, широко признано, что углеродные нанотрубки (CNT) демонстрируют значительно новые характеристики большой удельной поверхности, превосходной электрической проводимости, высокой механической прочности и фотокимической стабильности, которые широко используются в синтезе и модификации других материалов [27]. К сожалению, CNT показывают плохую электрокаталитическую активность для восстановления I₃⁻, что сильно ограничивает их независимое применение в устройстве ДССЭ. К счастью, большое количество исследований показало, что композитный КЭ, модифицированный CNT, все получили 크게 улучшенную фотоэлектрическую характеристику для ДССЭ [18, 28, 29]. Лиу и соавт. сообщили о цветообразной иерархической структуре Cu₂MnSnS₄/CNT (CMTS/CNT) КЭ через солвотермальный метод в ДССЭ, получив фотоэлектрическую эффективность преобразования 8,97%, намного выше, чем у ДССЭ с CMTS (6,21%) и Pt (8,37%) КЭ [29].

Основываясь на вышеуказанных соображениях, в этом исследовании композитный КЭ MoIn₂S₄@CNT ДССЭ с ежовидной шаровой структурой был синтезирован простым одноступенчатым гидротермальным методом и ожидался для улучшения более высокой производительности устройства. Результаты сканирующей электронной микроскопии показывают, что разное содержание CNT приводит к видимым изменениям в морфологии. Согласно серии электрохимических характеристик, включая циклическую вольтамметрию (CV), электрохимическую импедансную спектроскопию (EIS) и тесты кривых Тафеля, КЭ MoIn₂S₄@CNT указывает на замечательную каталитическую активность и хорошее сопротивление переноса заряда. ДССЭ, собранный с КЭ MoIn₂S₄@CNT с подходящим содержанием, достигает превосходной эффективности преобразования энергии 8,38%, что лучше, чем у ДССЭ на основе Pt КЭ (8,01%).

Методы

Материалы

Дигидронат натрия молибдата (Na₂MoO₄·2H₂O), тетрагидрахлорид индия (InCl₃·4H₂O) итиоацетамид (TAA) приобрели у Shanghai Chemical Agent Ltd., Китай, и использовали напрямую без дальнейшей очистки. Углеродные нанотрубки (CNT) получены от Aladdin Chemical Agent Ltd., Китай. Коммерческий краситель Z907 получен от Solaronix Ltd. (Швейцария). Фторированное SnO₂ (FTO) стекло, приобретенное у NSG, Япония (15 Ом/кв), очищали المنظфителем, ацетоном и этиловым спиром последовательно после нарезки на квадраты 1,5 см × 2,0 см.

Подготовка пористых TiO₂ фотоанодов

Коллоид TiO₂ приготовлен как в нашей предыдущей работе [30]. Красительно-сенсибилизированные TiO₂ фотоаноды изготавливались следующим образом: Во-первых, 3-М лента (50 мкм толщиной) с экспонированной площадью 0,283 см² прикрепляли на FTO. Затем приготовленный коллоид TiO₂ наносили лезвиевым методом покрытия. Во-вторых, сухой TiO₂ электрод спекли при 450 °C 30 мин в муфельной печи. Затем TiO₂ электрод погружали в 40-мМ водный раствор хлорида титана (TiCl₄) при 70 °C 30 мин, и затем отжигали в воздухе при 450 °C 30 мин. После остывания до комнатной температуры TiO₂ электрод погружали в раствор красителя Z907 (0,3 мМ) в абсолютном этаноле 24 ч для адсорбирования достаточно красителя и получения результирующего красильно-сенсибилизированного TiO₂ фотоанода.

Изготовление тернарного MoIn₂S₄@CNT КЭ

Тонкие пленки MoIn₂S₄ выращивали непосредственно на FTO субстратах простым подходом, ссылаясь на наш предыдущий отчет [31]. В типичной подготовке 0,0696 г Na₂MoO₄·2H₂O, 0,169 г InCl₃·4H₂O и 0,1394 г TAA диффундировали в 30 мл деионизированной воды под ультразвуком 2 ч до растворения всех реактивов. Предварительно очищенные FTO субстраты помещали в 100-мл тефлоновидную нержавеющую автоклав с проводящей стороной вверх перед перемещением вышеуказанной предшественников смеси в нее. После герметизации автоклав помещали в духовку и нагревали при 200 °C в течение 15 ч реакционного времени. FTO стеклянные субстраты, покрытые материалами MoIn₂S₄, извлекали из автоклава, мыли этанолом, деионизированной водой, затем сушили в воздухе при 60 °C 12 ч.

Для изучения влияния содержания CNT на изготовленный композитный КЭ и характеристику ДССЭ, проводили разное содержание CNT, добавляемое к предшественникам, включая три образца, в которых количество CNT составляло 10, 20 и 30 мг соответственно, сохраняя другие реактивы и процессы изготовления неизменными. Вышеуказанные образцы помечены MoIn₂S₄ (0 мг), MoIn₂S₄@CNTs-1 (10 мг), MoIn₂S₄@CNTs-2 (20 мг) и MoIn₂S₄@CNTs-3 (30 мг).

Для сравнения пиролизированный Pt КЭ использовался как референсный КЭ. Раствор H₂PtCl₆ в изопропаноле (0,50 масс.%) капали на поверхность FTO стекла, а затем спекли при 450 °C в муфельной печи 30 мин для изготовления Pt КЭ.

Изготовление ДССЭ

ДССЭ с сэндвичевой структурой строились зажимом образцов КЭ (включая MoIn₂S₄, различные MoIn₂S₄@CNT и Pt КЭ) вместе с приготовленными красильно-сенсибилизированными TiO₂ фотоанодами. Surlyn использовался как промежуток между электродами и за которым следовало заполнение промежутка жидким оксидационно-восстановительным электролитом, состоящим из 0,60 М тетрабутиламмония йодида, 0,10 М йодида лития, 0,05 М йода и 0,50 М 4-tert-бутилпиридина ацетонитрильного раствора.

Характеризация

Химический элементный состав образцов характеризовали с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) (Kratos Axis Ultra). Морфологические особенности образцов наблюдали полевой эмиссионной сканирующей электронной микроскопией (FESEM, JSM-7001F). BET-метод удельной поверхности использовали с JW-K анализатором азотным адсорбцией для тестирования площади поверхности и распределения размера пор. Другие соответствующие электрохимические свойства исследовали на электрохимической рабочей станции CHI660E. Электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS) проводилась в частотном диапазоне 0,1–10⁵ Гц с амплитудой возмущения 5 мВ. Фотоэлектрические характеристики ДССЭ выполнялись измерением вольт-амперных характеристик (J–V) под облучением 100 мВт·см⁻² от солнечного симулятора (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd).

Результаты и обсуждение

Состав и морфология

XPS используется для изучения поверхностных составов и химических состояний каждого элемента в пленках MoIn₂S₄ и MoIn₂S₄@CNT. Спектр обзорных данных в образцах MoIn₂S₄ и MoIn₂S₄@CNTs-2 демонстрирован на рис. 1а для верификации присутствия элементов Mo, In, S и C (как референс). Кроме того, все спектры четырех образцов, откалиброванные по пику C 1s при энергии связи 284,6 эВ [17], анализируются методом гауссовской аппроксимации, показанной на рис. 1b и c. Пик C 1s, появившийся в образце MoIn₂S₄, хорошо известен как происходящий от пригодного углерода, вызванного воздействием воздуха. В области Mo 3d два основных пика при 228,8 и 232,1 эВ присваиваются Mo 3d5/2 и Mo 3d3/2 MoS₂ [32] соответственно. Этот результат подтверждает, что элемент Mo находится в своем IV состоянии окисления, которое восстановлено до Mo⁴⁺ (MoIn₂S₄) из Mo⁶⁺ (Na₂MoO₄) [33]. Двойные пики при энергиях связи 445,2 и 452,2 эВ соответствуют In 3d5/2 и In 3d3/2 [24, 34]. Что касается XPS спектров S 2p, пики, расположенные при 161,8 и 163,1 эВ, принадлежат S 2p3/2 и 2p1/2 соответственно, что приписывается S₂⁻ [17, 32]. Вышеуказанные результаты хорошо согласуются с нашими предыдущими исследованиями [31]. Кроме того, никакой другой элемент или лишний пик не найден в обзоре, что повторно подтверждает, что синтезированные образцы имеют похожие химические составы и структуру.

Поверхностные морфологии приготовленных нанопленок MoIn₂S₄ и MoIn₂S₄@CNT наблюдаются SEM изображениями на рис. 2. На рис. 2а образец MoIn₂S₄ демонстрирует лепестообразную нанолистовую структуру с равномерной, гладкой и плотной поверхностью. В отличие от нанопленок MoIn₂S₄, ежовидная шаровая структура найдена в образцах MoIn₂S₄@CNT на рис. 2b–d, и средний диаметр наносфер MoIn₂S₄@CNT составляет около 890 нм. Легко заметить, что так много сетевых нанолистов полностью выросли на FTO субстрате. По сравнению с образцами MoIn₂S₄@CNT с низким (MoIn₂S₄@CNTs-1) и высоким (MoIn₂S₄@CNTs-3) содержанием CNT, образец с умеренным содержанием (MoIn₂S₄@CNTs-2) демонстрирует больше ежовидных шаров и нанолистовых массивов на сети MoIn₂S₄. Хорошая контактная характеристика между структурой массива сетевых нанолистов с большим числом ежовидных шаров на FTO субстрате облегчает восстановление I₃⁻, приписываемое его хорошей проводимости и огромным каталитически активным сайтам, что можно предсказать, что MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ достигнет лучшей характеристики, чем MoIn₂S₄, MoIn₂S₄@CNTs-1 и MoIn₂S₄@CNTs-3 КЭ. Более того, непохожие морфологии между MoIn₂S₄ и MoIn₂S₄@CNT указывают на то, что CNT играют ключевую роль в контроле морфологии образцов.

Рис. 3 показывает XRD паттерны различных образцов. Среди них дифракционные пики при 25,74 и 42,85° атрибутируются к сигналам CNT [31]. Дифракционные пики при 2θ = 27,5, 33,4, 43,7, 47,9, 56,2 и 59,6° принадлежат кристаллическим плоскостям (311), (400), (511), (440), (533) и (444) (карта JCPDS № 32-0456) In₂S₃. Пики при 14,4 и 66,5° относятся к (002) и (114) кристаллическим плоскостям кубической структуры (карта JCPDS № 37-1492) для MoS₂ [33]. Из образцов MoIn₂S₄@CNTs-2 и MoIn₂S₄ пики выше обсуждаемых появляются хорошо в обоих образцах. По сравнению с образцом MoIn₂S₄, пик для CNT при 25,74° четко виден в XRD паттернах MoIn₂S₄@CNTs-2. Таким образом, можно сделать вывод, что материалы MoIn₂S₄@CNTs-2 успешно синтезированы и никаких примесей не введено.

N₂ адсорбция-десорбция изотермы измерены и показаны на рис. 4 для исследования удельных площадей поверхности и поровых особенностей. В общем, большая удельная поверхность облегчает более удобный перенос заряда на интерфейсе КЭ/электролит [35]. Из рис. 4 демонстрируется, что образцы обладают очевидной гистерезисной петлей типа IV адсорбции-десорбции, и их соответствующие данные, рассчитанные методом Брауэра-Эмметта-Теллера (BET) и Барретта-Джойнера-Халенды (BJH), таблированы в Таблице 1. Сравнением легко найти, что удельная площадь и средний диаметр пор образцов MoIn₂S₄@CNT намного лучше, чем у MoIn₂S₄. Среди трех образцов MoIn₂S₄@CNT, MoIn₂S₄@CNTs-2 показывает наибольшую удельную площадь 66,80 м²·г⁻¹ и наименьший средний диаметр поры 17,8 нм, что можно приписать отличной ежовидной шаровой структуре после легирования умеренного CNT. Разумно верить, что MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ получит хорошую каталитическую активность и, следовательно, достигнет высокоэффективной производительности устройства.

Электрохимические свойства

CV измерения проводятся для изучения электрокаталитического поведения полученных образцов в потенциальном диапазоне −0,6 до 1,0 В со скоростью сканирования 60 мВ·с⁻¹ для MoIn₂S₄ и MoIn₂S₄@CNTs КЭ, и рассчитанные значения суммированы в Таблице 1. Левые пики двух пар окислительных и восстановительных пиков на каждой CV кривой на рис. 5а приписываются уравнению (I₃⁻ + 2e⁻ ↔ 3I⁻), которое определяет производительность электрокаталитической активности материалов КЭ, особенно в ДССЭ [23, 36]. Значения плотности тока негативного восстановительного пика (J_pc), ключевого параметра в CV тесте, следуют порядку: Pt (3,80 мА·см⁻²) < MoIn₂S₄ (4,31 мА·см⁻²) < MoIn₂S₄@CNTs-1 (4,68 мА·см⁻²) < MoIn₂S₄@CNTs-3 (5,09 мА·см⁻²) < MoIn₂S₄@CNTs-2 (7,47 мА·см⁻²). Очевидно, сам MoIn₂S₄ КЭ имеет хорошую каталитическую активность, а MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ демонстрирует гораздо более высокий J_pc, чем Pt, MoIn₂S₄ КЭ и другие два вида MoIn₂S₄@CNTs КЭ, приписываемое его уникальной поверхностной морфологии, синергетическому эффекту легированных CNT и большей площади поверхности. Результаты указывают, что MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ имеет хорошую электрокаталитическую активность для I⁻/I₃⁻ оксидационно-восстановительной пары в КЭ ДССЭ. Рис. 5b показывает CV кривые MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ при скорости сканирования 60 мВ·с⁻¹, и они почти не меняются за 50 циклов, что указывает на то, что MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ обладает отличной электрохимической стабильностью.

Рис. 6a–c показывают CV MoIn₂S₄@CNTs КЭ при разных скоростях сканирования. С увеличением скоростей сканирования от 20 до 120 мВ·с⁻¹ окислительные и восстановительные пики сдвигаются в положительное и отрицательное направления из-за быстрых диффузий I⁻/I₃⁻ оксидационно-восстановительной пары на поверхностях КЭ и большой электрохимической поляризации [28]. Кроме того, рис. 6d показывает взаимосвязь между аноидными и катодными пиками плотностей тока левых пар пиков против квадратного корня скоростей сканирования. Хорошо подогнанные линейные отношения указывают на то, что оксидационно-восстановительная реакция I⁻/I₃⁻ доминирует диффузионно-контролируемым ионным транспортом [22, 25].

Рис. 7a показывает Найквистовы графики различных образцов для более глубокого понимания кинетики интерфейсного процесса переноса заряда. EIS данные, полученные из подогнанных кривой с моделью эквивалентной цепи вставки, перечислены в Таблице 2. Типично, Найквистовы графики содержат два полукруга, первый полукруг слева представляет сопротивление переноса заряда R_ct на интерфейсе КЭ и электролита, а второй полукруг соответствует Нернстовому диффузионному импедансу в электролите, в то время как перехват кривой в высокочастотной области на реальной оси известен как последовательное сопротивление R_s. В общем, R_s и R_ct — два жизненно важных параметра для оценки каталитической активности КЭ в ДССЭ. Малый R_s указывает на хороший контакт между катализатором и субстратом, и следовательно сопротивление всего устройства также мало [29, 37, 38]. В то же время малое R_ct означает высокую скорость переноса заряда. Как представлено в Таблице 2, значения R_s MoIn₂S₄, MoIn₂S₄@CNTs-1, MoIn₂S₄@CNTs-2 и MoIn₂S₄@CNTs-3 КЭ составляют 24,77, 23,16, 18,96 и 19,58 Ом·см² соответственно. Очевидно, все композитные MoIn₂S₄@CNTs КЭ имеют меньший R_s, чем MoIn₂S₄ КЭ, указывая на то, что проводимость MoIn₂S₄@CNTs КЭ улучшена после легирования CNT. Кроме того, среди четырех КЭ тенденции R_ct: MoIn₂S₄ > MoIn₂S₄@CNTs-1 > MoIn₂S₄@CNTs-3 > MoIn₂S₄@CNTs-2, что предполагает обратный порядок электрохимического импеданса и каталитической способности КЭ. MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ обладает наименьшим значением R_ct, что можно приписать синергии CNT с хорошей проводимостью и MoIn₂S₄ с отличной каталитической способностью, приводящей к более эффективному восстановлению трийодида на интерфейсе КЭ/электролит. Очевидно, проводимость и каталитическая способность композитных MoIn₂S₄@CNTs КЭ значительно улучшены по сравнению с MoIn₂S₄ КЭ, и результат полностью согласуется с BET и CV тестами.

Кривые поляризации Тафеля различных КЭ измерены как показано на рис. 7b, и соответствующие значения параметров суммированы в Таблице 2. Нормально, стандартная кривая Тафеля включает два значимых параметра: плотность обменного тока (J₀) и предельную диффузионную плотность тока (J_lim). J₀ связан с каталитической восстановительной реакцией. Чем больше J₀, тем лучше каталитический эффект. J_lim также положительно связан с диффузионной эффективностью электролита. Чем больше J_lim, тем быстрее диффузия ионов I₃⁻ [29, 37]. Как представлено на рис. 7b и Таблице 2, J_lim и J₀ все в порядке Pt < MoIn₂S₄ < MoIn₂S₄@CNTs-1 < MoIn₂S₄@CNTs-3 < MoIn₂S₄@CNTs-2, предполагая, что каталитическая активность MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ значительно улучшена после легирования CNT. Среди вышеуказанных КЭ, MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ получает лучшую каталитическую активность по сравнению с другими. Наибольшие J_lim и J₀ MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ можно приписать его большой удельной поверхности от ежовидной шаровой структуры и улучшенной проводимости легированием CNT.

Фотоэлектрическая характеристика ДССЭ

Для контраста ДССЭ с MoIn₂S₄, MoIn₂S₄@CNTs и Pt КЭ приготовлены с единообразными фотоанодами и электролитом. J–V характеристические кривые измеряются под 1 солнцем (AM 1.5 G, 100 мВт·см⁻²) и соответствующие фотоэлектрические значения параметров перечислены в Таблице 3. Четыре ключевых параметра, включая плотность тока короткого замыкания (J_sc), напряжение разомкнутой цепи (V_oc), коэффициент заполнения (FF) и эффективность преобразования энергии (η), обычно принимаются для оценки фотоэлектрической характеристики ДССЭ. FF и η ДССЭ рассчитываются согласно уравнениям (1) и (2): η (%) = (V_max × J_max) / P_in × 100% = (V_oc × J_sc × FF) / P_in × 100% (1), FF = (V_max × J_max) / (V_oc × J_sc) (2), где P_in — падающая мощность света, J_max (мА·см⁻²) и V_max (В) — плотность тока и напряжение в точке максимальной выходной мощности на J–V кривых соответственно.

Как видно из рис. 8, ДССЭ с MoIn₂S₄ и CNT КЭ имеют эффективность преобразования энергии 7,44% и 3,62%. По сравнению с ДССЭ с MoIn₂S₄ и CNT КЭ, ДССЭ, собранные с тремя MoIn₂S₄@CNTs КЭ, демонстрируют улучшение значений J_sc и η. Более того, значения J_sc и η ДССЭ на основе MoIn₂S₄@CNTs КЭ увеличиваются с увеличением содержания CNT от 10 до 20 мг. В то время как дальнейшее увеличение содержания CNT до 30 мг приводит к незначительному снижению J_sc и η. По сравнению с Pt-базированным ДССЭ, все три MoIn₂S₄@CNTs-базированных ДССЭ демонстрируют улучшенную η 8,16%, 8,31% и 8,38%, которые выше, чем у Pt-базированного ДССЭ (η 8,01%) при тех же условиях. Особенно ДССЭ, собранный с MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ, показывает лучшую фотоэлектрическую характеристику и достигает η 8,38%, и его соответствующие J_sc 17,17 мА·см⁻², V_oc 0,745 В и FF 0,655. Улучшенное фотоэлектрическое свойство ДССЭ с MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ было из-за синергетического эффекта CNT и MoIn₂S₄.

Заключение

Тернарные MoIn₂S₄ и MoIn₂S₄@CNT контрэлектроды изготавливаются на FTO субстрате простым одноступенчатым гидротермальным методом и служат в ДССЭ. При оптимальных условиях ДССЭ на основе MoIn₂S₄@CNTs КЭ все достигают хорошей эффективности преобразования энергии. Особенно ДССЭ с композитным КЭ MoIn₂S₄@CNTs-2 демонстрирует хорошую эффективность преобразования энергии 8,38%, что намного выше, чем у ДССЭ с MoIn₂S₄ КЭ (7,44%) и Pt электродом (8,01%). Улучшенное фотоэлектрическое свойство ДССЭ с MoIn₂S₄@CNTs-2 КЭ было из-за синергетического эффекта CNT и MoIn₂S₄. В то же время синергетический эффект MoIn₂S₄@CNTs КЭ в электрохимической характеристике подтвержден серией электрохимических тестов, включая циклическую вольтамметрию, электрохимическое импедансное спектроскопию и кривые Тафеля. Композитная пленка MoIn₂S₄@CNTs обладает большой удельной поверхностью через тест изотерм адсорбции-десорбции N₂, что выгодно для адсорбирования большего электролита и предоставления большей активной контактной площади для электрода. Факты MoIn₂S₄@CNTs КЭ, служащего в ДССЭ, расширяют потенциальные применения переходных металлов сложных полупроводников в области оптоэлектронной химии.

Доступность данных и материалов

Все наборы данных, на которых опираются выводы рукописи, представлены в основной статье.

Аббревиатуры

CE:

Контрэлектрод

CV:

Циклическая вольтамметрия

DSSC:

Красительно-сенсибилизированный солнечный элемент

I⁻/I₃⁻:

Йодид/трийодид

J₀:

Плотность обменного тока

J_lim:

Предельная плотность тока

J_max:

Максимальная плотность тока

J_sc:

Плотность тока короткого замыкания

J-V:

Фототок-фотонапряжение

P_in:

Падающая мощность света

R_ct:

Сопротивление переноса заряда

R_s:

Последовательное сопротивление

SEM:

Сканирующая электронная микроскопия

V_max:

Максимальное напряжение

V_oc:

Напряжение разомкнутой цепи