Синтез композитного противоэлектрода MoIn2S4 @ CNT для сенсибилизированных красителем солнечных элементов

Аннотация

Тройной и составной MoIn ₂ S ₄ Противоэлектрод (КЭ) @CNTs со структурой шара-ежа был синтезирован простым одностадийным гидротермальным методом. Составной MoIn ₂ S ₄ Пленка @CNTs имеет большую удельную поверхность за счет N ₂ испытание изотерм адсорбции-десорбции, которое выгодно для адсорбции большего количества электролита и обеспечения большей активной площади контакта для электрода. Кроме того, составной MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE демонстрирует низкое сопротивление переносу заряда и прекрасную электрокаталитическую способность по результатам серии электрохимических испытаний, включая циклическую вольтамперометрию, электрохимический импеданс и кривые Тафеля. В оптимальных условиях DSSC на основе MoIn ₂ S ₄ Композитный КЭ @ CNTs-2 обеспечивает впечатляющий КПД преобразования энергии, достигающий 8,38%, что значительно превосходит КПД DSSC с MoIn ₂ S ₄ КЭ (7,44%) и платиновый электрод (8,01%). Текущая работа обеспечивает упрощенный процесс подготовки к DSSC.

Фон

В последние десятилетия становится актуальной разработка и использование возобновляемых источников энергии вместо традиционных ископаемых видов топлива в условиях острой нехватки энергии и ухудшения состояния окружающей среды [1, 2]. Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC) привлекли широкое распространение в исследованиях благодаря своей экологичности, простоте процесса приготовления, великолепным фотоэлектрическим характеристикам и так далее [3, 4]. Противоэлектрод (CE), как один из важных компонентов DSSC, играет роль сбора электронов из внешней цепи и катализатора реакции восстановления I ₃ ^- к I ^- в жидком электролите [5, 6]. Как правило, идеальные материалы CE обладают такими достоинствами, как высокая электропроводность и замечательная каталитическая активность. Однако платина (Pt) как распространенный и эффективный материал КЭ ограничена крупномасштабным коммерческим применением из-за основных недостатков - дефицитности, дороговизны и плохой долгосрочной стабильности [7, 8]. Поэтому было приложено много усилий для разработки легкодоступной, рентабельной и Pt-подобной каталитической активности, применяемой в DSSC в течение многих лет [9].

До сих пор были предложены различные виды выдающихся альтернативных материалов, такие как углеродсодержащие материалы [10, 11], халькогениды переходных металлов [12], проводящие полимеры [13], металлические сплавы [14] и их соединения [15, 16]. ]. Среди них бинарные халькогениды переходных металлов привлекли большое внимание благодаря своей уникальной структуре и химическим свойствам. Например, синтезированный MoS ₂ на подложке FTO демонстрирует многослойную структуру, большую площадь поверхности и больше активных краевых участков, что приводит к чрезвычайно высоким фотоэлектрическим характеристикам в качестве CE для DSSC [17]. Между тем, обширная исследовательская работа была сосредоточена на каталитической активности I ₃ ^- сокращение также было произведено для WS ₂ [18], FeS ₂ [19], CoS [20] и NiS ₂ [21], которые были сопоставимы или даже лучше, чем у Pt-электрода. Тем не менее присущие этим материалам характеристики, такие как низкая электропроводность и наличие только двух фиксированных химических составов, препятствовали дальнейшему улучшению их каталитической активности [22]. Таким образом, были приняты многочисленные методы, направленные на преодоление вышеупомянутого недостатка, чтобы синтезировать мультикалочные халькогениды переходных металлов путем корректировки составных элементов, проектирования структуры и подбора морфологии. К счастью, в значительных мультикалевых халькогенидах переходных металлов значительно улучшена каталитическая способность для DSSC, таких как NiCo ₂ S ₄ [23], Мин. ₂ S ₄ (M =Fe, Co, Ni) [22], CuInS ₂ [24], CoCuWS _x [25], и Ag ₈ GeS ₆ [26], каталитическая способность которых, очевидно, намного лучше, чем у их бинарных аналогов.

Более того, широко признано, что углеродные нанотрубки (УНТ) демонстрируют значительно новые характеристики большой удельной поверхности, превосходной электропроводности, высокой механической прочности и фотохимической стабильности, которые широко используются при синтезе и модификации других материалов [27]. К сожалению, УНТ проявляют низкую электрокаталитическую активность для I ₃ ^- сокращение, что значительно ограничивает их применение независимо в устройстве DSSC. К счастью, большое количество исследований показало, что композитный CE, модифицированный УНТ, дает значительно улучшенные фотоэлектрические характеристики DSSC [18, 28, 29]. Лю и др. сообщили о цветочной иерархической структуре Cu ₂ MnSnS ₄ / CNT (CMTS / CNT) CE с помощью сольвотермического метода в DSSC получил эффективность фотоэлектрического преобразования 8,97%, что намного выше, чем у DSSC с CMTS (6,21%) и Pt (8,37%) CE [29].

Основываясь на приведенных выше соображениях, в этом исследовании MoIn ₂ S ₄ Композитный КЭ @CNT DSSC со структурой «ежа-шарик» был синтезирован с использованием простого одностадийного гидротермального метода и, как ожидается, улучшит более высокие характеристики устройства. Результаты сканирующего электронного микроскопа показывают, что различное содержание УНТ приводит к видимым изменениям морфологии. Согласно серии электрохимических характеристик, включая циклическую вольтамперометрию (CV), спектроскопию электрохимического импеданса (EIS) и тесты кривых Тафеля, MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE указывает на замечательную каталитическую активность и прекрасное сопротивление переносу заряда. DSSC собран с MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE с подходящим содержанием обеспечивает превосходную эффективность преобразования энергии 8,38%, что лучше, чем у DSSC на основе Pt CE (8,01%).

Методы

Материалы

Дигидрат молибдата натрия (Na ₂ МоО ₄ · 2H ₂ O), тетрагидрат хлорида индия (InCl ₃ · 4H ₂ О) и тиоацетамид (ТАА) были приобретены у Shanghai Chemical Agent Ltd., Китай, которые использовали напрямую без дополнительной очистки. Углеродные нанотрубки (УНТ) были получены от Aladdin Chemical Agent Ltd., Китай. Коммерческий краситель Z907 был получен от Solaronix Ltd. (Швейцария). SnO ₂, легированный фтором (FTO) стекло, приобретенное в NSG, Япония (15 Ом кв ⁻¹ ), были очищены моющим средством и ацетоном, а также этиловым спиртом последовательно после разрезания на квадраты размером 1,5 см × 2,0 см.

Приготовление пористого TiO ₂ фотоаноды

Коллоид TiO ₂ был подготовлен, как и наша предыдущая работа [30]. Сенсибилизированный красителем TiO ₂ фотоаноды были изготовлены следующим образом:Во-первых, лента 3-М (толщиной 50 мкм) с открытой площадью 0,283 см ² был прикреплен по FTO. Впоследствии приготовленный TiO ₂ на коллоид наносили покрытие с использованием метода нанесения покрытия лезвием. Во-вторых, сушка TiO ₂ Электрод спекали при 450 ° C в течение 30 мин в муфельной печи. После этого TiO ₂ электрод погружали в 40-мМ тетрахлорид титана (TiCl ₄ ) водный раствор при 70 ° C в течение 30 мин, а затем отжиг на воздухе при 450 ° C в течение 30 мин. После охлаждения до комнатной температуры TiO ₂ электрод погружали в раствор красителя Z907 (0,3 мМ) в абсолютном этаноле на 24 часа для адсорбции достаточного количества красителей и получали сенсибилизированный красителем TiO ₂ фотоанод.

Изготовление тройного MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE

Моин ₂ S ₄ тонкие пленки выращивались непосредственно на подложках FTO с помощью простого подхода, ссылающегося на наш предыдущий отчет [31]. В типичном препарате 0,0696 г Na ₂ МоО ₄ · 2H ₂ O, 0,169 г InCl ₃ · 4H ₂ О и 0,1394 г ТАА диффундировали в 30 мл деионизированной воды при ультразвуковой обработке в течение 2 ч до растворения всех реагентов. Предварительно очищенные подложки FTO помещали в автоклав из нержавеющей стали с тефлоновым покрытием емкостью 100 мл проводящей стороной вверх перед переносом в него указанной выше смеси прекурсоров. После герметизации автоклав помещали в печь и нагревали до 200 ° C на время реакции 15 часов. Стеклянные подложки FTO, покрытые MoIn ₂ S ₄ материалы вынимали из автоклава, промывали этанолом, деионизированной водой, а затем сушили на воздухе при 60 ° C в течение 12 часов.

Чтобы изучить влияние содержания УНТ на изготовленный композитный КЭ и характеристики DSSC, было проведено различное содержание УНТ, добавляемых к прекурсору, включая три образца, в которых количество УНТ составляло 10, 20 и 30 мг. соответственно, оставив без изменений другие реагенты и производственные процессы. Вышеупомянутые образцы были помечены MoIn ₂ S ₄ (0 мг), МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-1 (10 мг), MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 (20 мг) и MoIn ₂ S ₄ @ УНЦ-3 (30 мг).

Для сравнения в качестве эталонного СЕ использовали пиролизованный Pt-CE. H ₂ PtCl ₆ в растворе изопропанола (0,50 мас.%) по каплям на поверхность стекла FTO, а затем спекали при 450 ° C в муфельной печи в течение 30 минут для изготовления Pt CE.

Изготовление DSSC

DSSC с сэндвич-структурой были созданы путем вырезания образцов CE (включая MoIn ₂ S ₄ , различные MoIn ₂ S ₄ @CNTs и Pt CEs) вместе с сенсибилизированным красителем TiO ₂ фотоанод. Surlyn использовался в качестве разделителя между электродами, после чего промежуток заполнялся жидким окислительно-восстановительным электролитом, который состоял из 0,60 M йодида тетрабутиламмония, 0,10 M иодида лития, 0,05 M йода и 0,50 M раствора 4-трет-бутилпиридина ацетонитрила.

Характеристики

Химический элементный состав образцов охарактеризован с помощью анализа рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) (Kratos Axis Ultra). Морфологические особенности образцов наблюдали с помощью автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии (FESEM, JSM-7001F). Метод удельной площади поверхности по БЭТ применялся с использованием анализатора JW-K по абсорбции азота для проверки площади поверхности и распределения пор по размерам. Другие соответствующие электрохимические свойства были исследованы на электрохимической рабочей станции CHI660E. Электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS) проводилась в диапазоне частот 0,1–10 ⁵ . Гц с возмущенной амплитудой 5 мВ. Фотоэлектрические характеристики DSSC были выполнены путем измерения плотности тока и напряжения ( Дж - V ) характеристические кривые при облучении 100 мВт см ⁻² от солнечного симулятора (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd).

Результаты и обсуждения

Состав и морфология

XPS используется для изучения состава поверхности и химического состояния каждого элемента в MoIn ₂ S ₄ и Моин ₂ S ₄ @CNTs фильмы. Спектр данных обследования в МоВ ₂ S ₄ и Моин ₂ S ₄ Образцы @ CNTs-2 показаны на рис. 1а для проверки наличия элементов Mo, In, S и C (в качестве эталона). Кроме того, все спектры четырех образцов, откалиброванные по пику C 1s при энергии связи 284,6 эВ [17], анализируются с помощью метода подгонки Гаусса, показанного на рис. 1b и c. Пик C 1s появился в MoIn ₂ S ₄ Образец, как хорошо известно, образовался из побочного углерода, вызванного воздействием воздуха. В области Mo 3d два основных пика при 228,8 и 232,1 эВ относятся к Mo 3d5 / 2 и Mo 3d3 / 2 из MoS ₂ [32] соответственно. Этот результат подтверждает, что элемент Mo находится в своей степени окисления IV, которая восстанавливается до Mo ⁴⁺ (МоВ ₂ S ₄ ) из Мо ⁶⁺ (Na ₂ МоО ₄ ) [33]. Дублетные 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 S ₂ ^- [17, 32]. Приведенные выше результаты хорошо согласуются с нашими предыдущими исследованиями [31]. Более того, в обзоре не обнаружено никаких других элементов или дополнительных пиков, что подтверждает, что синтезированные образцы имеют схожий химический состав и структуру.

XPS-спектры образцов

Морфология поверхности готового MoIn ₂ S ₄ и Моин ₂ S ₄ Нанопленки @CNTs наблюдаются на СЭМ-изображениях на рис. 2. На рис. 2а MoIn ₂ S ₄ Образец демонстрирует лепестковую структуру нанолиста с однородной, гладкой и плотной поверхностью. В отличие от MoIn ₂ S ₄ нанопленок, структура шара ежа обнаружена в Моин ₂ S ₄ @CNT на рис. 2b – d, а средний диаметр MoIn ₂ S ₄ Наносферы @CNTs имеют размер около 890 нм. Легко заметить, что так много сетевых нанолистов полностью выращены на подложке FTO. По сравнению с MoIn ₂ S ₄ Образцы @CNT с низким (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1) и высокий (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3) Содержание УНТ, образец с умеренным содержанием (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2) показывает больше шариков-ежей и массив нанолистов в сети MoIn ₂ S ₄ . Хорошие характеристики контакта между сетчатой структурой массива нанолистов с большим количеством шариков-ежиков на подложке FTO способствует снижению I ₃ ^- объясняется его хорошей проводимостью и обширными каталитическими активными центрами, которые можно предсказать, что MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE будет работать лучше, чем MoIn ₂ S ₄ , МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-1 и MoIn ₂ S ₄ @ КЭ УНЦ-3. Более того, разная морфология между MoIn ₂ S ₄ и Моин ₂ S ₄ @CNT указывают на то, что CNT играют ключевую роль в контроле морфологии образцов.

SEM-изображения a МоВ ₂ S ₄ , b МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-1, c МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-2 и d МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-3

На рис. 3 показаны рентгенограммы различных образцов. Среди них дифракционные пики при 25,74 и 42,85 ° относятся к сигналам УНТ [31]. Дифракционные пики при 2θ =27,5, 33,4, 43,7, 47,9, 56,2 и 59,6 ° принадлежат кристаллографической плоскости (311), (400), (511), (440), (533) и (444) (JCPDS). карточка № 32-0456) из In ₂ S ₃ . Пики при 14,4 и 66,5 ° относятся к кристаллическим плоскостям (002) и (114) кубической структуры (карта JCPDS № 37-1492) для MoS ₂ [33]. Из МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-2 и MoIn ₂ S ₄ В обоих образцах пики описанных выше хорошо видны. По сравнению с MoIn ₂ S ₄ образец, пик для УНТ при 25,74 ° хорошо виден в MoIn ₂ S ₄ @ Картины рентгеновской дифракции УНЦ-2. Таким образом, можно сделать вывод, что MoIn ₂ S ₄ @ Материалы УНТ-2 синтезированы успешно и отсутствуют примеси.

Рентгенограммы различных образцов

N ₂ Изотермы адсорбции-десорбции измеряются и показаны на рис. 4 для изучения удельных площадей поверхности и характеристик пор. Как правило, большая удельная поверхность способствует более удобной передаче заряда на границе раздела КЭ / электролит [35]. Из рисунка 4 видно, что образцы обладают явной петлей гистерезиса адсорбционно-десорбционного поведения типа IV, и соответствующие им данные, рассчитанные по методикам Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) и Барретта-Джойнера-Халенды (BJH), представлены в таблице в Таблица 1. Путем сравнения легко найти, что удельная поверхность и средний диаметр пор MoIn ₂ S ₄ Образцы @CNT намного лучше, чем у MoIn ₂ S ₄ . Среди трех Моин ₂ S ₄ Образцы @CNT, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 показывает самую большую удельную поверхность 66,80 м ² г ⁻¹ и наименьший средний диаметр пор 17,8 нм, что можно приписать превосходной структуре шара-ежа после легирования умеренных УНТ. Есть основания полагать, что MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE обеспечивает высокую каталитическую активность и, следовательно, обеспечивает высокую эффективность устройства.

N ₂ изотермы абсорбции-десорбции различных образцов

Электрохимические свойства

CV-измерения проводятся для изучения электрокаталитического поведения полученных образцов в диапазоне потенциалов от -0,6 до 1,0 В при скорости сканирования 60 мВ с ^-1 для Министерства внутренних дел ₂ S ₄ и Моин ₂ S ₄ @CNTs CE, а рассчитанные значения суммированы в таблице 1. Левые пики двух пар пиков окисления и восстановления на каждой кривой CV на рис. 5a приписываются уравнению (I ₃ ^- + 2e ^- ↔ 3I ^- ), который определяет характеристики электрокаталитической активности материалов CE, особенно DSSC [23, 36]. Значения пиковой плотности тока отрицательного снижения ( Дж _ПК ), ключевой параметр в CV-тесте, соответствует порядку Pt (3,80 мА · см ⁻² ) 2 S ₄ (4,31 мА см ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-1 (4,68 мА см ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-3 (5,09 мА см ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-2 (7,47 мА см ⁻² ). Очевидно, МоВ ₂ S ₄ Сам CE обладает хорошей каталитической активностью, а MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE показывает намного больше J _ПК чем у Pt, MoIn ₂ S ₄ CE и два других типа MoIn ₂ S ₄ КЭ @CNTs приписывают его характерной морфологии поверхности, синергетическому эффекту легированных УНТ и большей площади поверхности. Результаты показывают, что MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE обладает прекрасной электрокаталитической активностью в отношении I ^- / I ₃ ^- окислительно-восстановительная пара в КЭ DSSC. На рисунке 5b показаны CV-кривые MoIn ₂. S ₄ @ CNTs-2 CE при скорости сканирования 60 мВ с ⁻¹ и они почти не меняются после 50 циклов, что указывает на то, что MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE обладает отличной электрохимической стабильностью.

а CV различных CE при скорости сканирования 60 мВ с ^-1 . б 50 циклов CV МОИн ₂ S ₄ @ ЦНЦ-2 КЭ

На рис. 6a – c показаны CV MoIn ₂. S ₄ @CNTs CE с разной скоростью сканирования. При увеличении скорости сканирования от 20 до 120 мВ с ⁻¹ пики окисления и восстановления смещаются в положительную и отрицательную сторону из-за быстрой диффузии I ^- / I ₃ ^- окислительно-восстановительная пара на поверхности ЭП и большая электрохимическая поляризация [28]. Кроме того, на рис. 6d показано соотношение между плотностями тока анодных и катодных пиков для пар левых пиков против квадратного корня из скоростей развертки. Хорошо подобранные линейные зависимости показывают, что окислительно-восстановительная реакция I ^- / I ₃ ^- преобладает контролируемый диффузией перенос ионов [22, 25].

Резюме Министерства внутренних дел ₂ S ₄ @CNTs CE с разной скоростью сканирования a МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-1, b МоВ ₂ S _{4 @} УНТ-2, в МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-3 и d влияние скорости сканирования на плотность тока пиков окислительно-восстановительного потенциала

На рис. 7а показаны графики Найквиста для различных образцов, чтобы лучше понять кинетику процесса межфазного переноса заряда. Данные EIS, полученные на основе подобранных кривых с модельной эквивалентной схемой вставки, перечислены в таблице 2. Обычно графики Найквиста содержат два полукруга, первый полукруг слева представляет сопротивление переносу заряда R _ct на границе CE и электролита, а второй полукруг соответствует диффузионному сопротивлению Нернста в электролите, а точка пересечения кривой в высокочастотной области на действительной оси известна как последовательное сопротивление R _s . В общем, R _s и R _ct являются двумя жизненно важными параметрами для оценки каталитической активности CE в DSSC. Небольшой R _s указывает на хороший контакт между катализатором и подложкой, следовательно, сопротивление всего устройства также невелико [29, 37, 38]. А пока маленький R _ct означает высокую скорость передачи заряда. Как показано в таблице 2, R _s значения MoIn ₂ S ₄ , МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-1, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 и MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 CE:24,77, 23,16, 18,96 и 19,58 Ом · см ² , соответственно. Очевидно, что все составные MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE имеют меньшее значение R _s чем у MoIn ₂ S ₄ CE, что указывает на то, что проводимость MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE усиливается после легирования CNT. Кроме того, среди четырех CE тенденции R _ct это MoIn ₂ S ₄> Моин ₂ S ₄ @ CNTs-1> MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3> MoIn ₂ S ₄ @ УНТ-2, что предполагает обратный порядок электрохимического импеданса и каталитической способности КЭ. МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE имеет самый низкий R _ct значение можно отнести к синергии УНТ с тонкой проводимостью и MoIn ₂ S ₄ с превосходной каталитической способностью, что приводит к более эффективному восстановлению трииодида на границе раздела КЭ / электролит. По-видимому, проводимость и каталитическая способность MoIn ₂ S ₄ Составные CE @CNT были значительно улучшены по сравнению с MoIn ₂ S ₄ CE, и результат полностью соответствует тестам BET и CV.

а EIS и b Тафелевые кривые симметричного MoIn ₂ S ₄ , МоВ ₂ S ₄ @ CNTs-1, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 и MoIn ₂ S ₄ @ КЭ CNTs-3

Поляризационные кривые Тафеля для различных КЭ измерены, как показано на рис. 7b, а соответствующие значения параметров приведены в таблице 2. Обычно стандартная кривая Тафеля включает два важных параметра, называемых плотностью тока обмена ( J ₀ ) и предельной плотности диффузионного тока ( Дж _lim ). Дж ₀ относится к реакции каталитического восстановления. Чем больше J ₀ тем лучше каталитический эффект. Дж _lim также положительно связано с эффективностью диффузии электролита. Чем больше J _lim указывает на более быстрое распространение I ₃ ^- ионы [29, 37]. Как показано на рис. 7b и в таблице 2, J _lim и Дж ₀ все в порядке Pt 2 S ₄ 2 S ₄ @ CNTs-1 2 S ₄ @ CNTs-3 2 S ₄ @ CNTs-2, предполагая, что каталитическая активность MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 КЭ значительно улучшился после легирования УНТ. Среди вышеперечисленных CE МОП ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE проявляет лучшую каталитическую активность по сравнению с другими. Самый большой J _lim и Дж ₀ Министерства внутренних дел ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE можно отнести к его большой удельной поверхности за счет структуры шара-ежа и повышенной проводимости за счет легирования УНТ.

Фотоэлектрические характеристики DSSC

Напротив, DSSC с MoIn ₂ S ₄ , МоВ ₂ S ₄ @CNTs и Pt CE готовятся с использованием однородных фотоанодов и электролита. J - V характеристические кривые измерены под 1 солнцем (AM 1,5 G, 100 мВт см ⁻² ) и соответствующие значения фотоэлектрических параметров перечислены в таблице 3. Четыре основных параметра, включая плотность тока короткого замыкания ( Дж _sc ), напряжение холостого хода ( В _oc ), коэффициент заполнения ( FF ) и КПД преобразования энергии ( η ) обычно используются для оценки фотоэлектрических характеристик DSSC. FF и η DSSC рассчитываются в соответствии с уравнениями. (1) и (2):

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

где P _в - мощность падающего света и Дж _макс (мА см ^–2 ) и V _макс ( V ) - плотность тока и напряжение в точке максимальной выходной мощности в Дж – В кривые соответственно.

Как видно из рис. 8, DSSC с MoIn ₂ S ₄ и УНТ CE имеют КПД преобразования энергии 7,44% и 3,62%. По сравнению с DSSC с MoIn ₂ S ₄ и CE CNT, DSSC, собранные с помощью трех MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE демонстрируют улучшение J _sc и η ценности. Кроме того, J _sc и η значения DSSC на основе MoIn ₂ S ₄ КЭ @CNTs увеличиваются при увеличении содержания УНТ от 10 до 20 мг. При дальнейшем увеличении содержания УНТ до 30 мг это приводит к небольшому снижению J _sc и η . По сравнению с DSSC на основе Pt, все три MoIn ₂ S ₄ @ На основе УНТ DSSC демонстрируют улучшенную η 8,16%, 8,31% и 8,38%, что выше, чем у DSSC на основе Pt ( η 8,01%) при тех же условиях. В частности, DSSC, собранный с MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE показывает лучшие фотоэлектрические характеристики и достигает η 8,38%, и соответствующий ему J _sc 17,17 мА см ⁻² , V _oc 0,745 В и FF 0,655. Улучшенные фотоэлектрические свойства DSSC с MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE был обусловлен синергетическим эффектом CNT и MoIn ₂ S ₄ .

Дж - V характеристики DSSC, изготовленных с различными CE

Выводы

Тернарный MoIn ₂ S ₄ и Моин ₂ S ₄ Противоэлектроды @CNTs изготавливаются на подложке FTO с использованием простого одностадийного гидротермального метода и используются в DSSC. В оптимальных условиях DSSC на основе MoIn ₂ S ₄ Все CE @CNT обладают хорошей эффективностью преобразования энергии. В частности, DSSC с MoIn ₂ S ₄ Композитный КЭ @ CNTs-2 демонстрирует хороший КПД преобразования энергии 8,38%, что намного выше, чем у DSSC с MoIn ₂ S ₄ КЭ (7,44%) и платиновый электрод (8,01%). Улучшенные фотоэлектрические свойства DSSC с MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE был обусловлен синергетическим эффектом CNT и MoIn ₂ S ₄ . Между тем, синергетический эффект MoIn ₂ S ₄ Электрохимические характеристики @CNTs CE подтверждены серией электрохимических испытаний, включая циклическую вольтамперометрию, электрохимический импеданс и кривые Тафеля. Составной MoIn ₂ S ₄ Пленка @CNTs имеет большую удельную поверхность за счет N ₂ испытание изотерм адсорбции-десорбции, которое выгодно для адсорбции большего количества электролита и обеспечения большей активной площади контакта для электрода. Факты о МВД ₂ S ₄ @CNTs CE, обслуживаемая в DSSC, расширяет потенциальные области применения полупроводников со сложными переходными металлами в области оптоэлектронной химии.