Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Boya Duyarlılaştırılmış Güneş Pilleri için Fotokatalitik Elektrotların Elektrospinning

Published: June 28, 2017 doi: 10.3791/55309

Summary

Bu projenin genel amacı, boya hassas güneş pilleri için geliştirilmiş performansa sahip bir foto-anot üretmek için elektrospinning kullanmaktı.

Abstract

Bu çalışma, piyasaya sürülen titanyum dioksitten imal edilmiş bir bloke edici tabaka üzerine, elektrospun titanyum dioksit nanofiberlerden (Ti02-NFs) yapılmış bir ışık saçılım tabakasından oluşan, boya duyarlılaştırılmış güneş pilleri için bir fiber esaslı foto-anot imal etmek için bir protokolü göstermektedir Nanopartiküller (Ti02-NP). Bu, kompozit PVP / TiO2 nanofiber elde etmek için etanol içinde titanyum (IV) bütoksit, polivinilpirolidon (PVP) ve buzlu asetik asit solüsyonu ilk önce elektrospinleme ile elde edilir. Bunlar daha sonra PVP'yi çıkarmak ve saf anataz-faz titania nanofiberleri elde etmek için 500 ° C'de kalsine edilir. Bu malzeme, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve toz X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak karakterize edilmiştir. Fotoelektron, öncelikle, bir flor katkılı teneke oksit (FTO) cam slayt üzerinde dıf kıvırma teknikleri kullanılarak bir Ti02-NP / terpinol bulamacıyla bir blokaj tabakası oluşturarak hazırlanır. Sonraki bir ısıl işlem500 ° C'de gerçekleştirilir. Ardından, ışık saçma tabakası aynı teknede bir Ti02-NFs / terpineol bulamacının aynı kayma üzerine çökeltilmesi ve tekrar 500 ° C'de kalsinasyon ile oluşturulmuştur. Fotonodun performansı, bir boya duyarlılaştırılmış güneş pilinin imalatı ve 0.25-1 Güneş'ten gelen bir dizi ışık yoğunluğu aralığında JV eğrileri aracılığıyla verimliliğini ölçerek test edilir.

Introduction

Boya hassaslaştırılmış güneş pilleri (DSSC), düşük maliyetli, nispeten basit üretim prosesi ve büyük ölçekli üretim kolaylığı sayesinde silikon esaslı güneş pilleri 1 için ilginç bir alternatiftir. Bir başka yararı ise, esnek alt tabakalara dahil olma potansiyelleri, silikon esaslı güneş pilleri 2'ye kıyasla belirgin bir avantaj. Tipik bir DSSC aşağıdakileri kullanır: (1) bir ışıkla hasat tabakası olarak bir boya ile duyarlılaştırılmış bir nanopartikülat Ti02 foto-anodu; (2) bir karşı elektrot olarak kullanılan bir Pt kaplı FTO; Ve (3) iki elektrot arasına yerleştirilen, bir "delik ileten ortam" olarak çalışan, I - / I3 gibi bir redoks çiftini içeren bir elektrolit.

DSSC'ler% 15'lik etkinlikleri aştıysa da, nanopartikül bazlı foto-anotların performansı halen yavaş elektron mobilitesi de dahil olmak üzere bir dizi kısıtlamayla engellenmektedirY 4 , düşük enerjili fotonların zayıf emilimi 5 ve şarj rekombinasyonu 6 . Elektron toplama verimi, TiO 2 nanopartikül katmanı boyunca elektron taşıma hızına büyük oranda bağlıdır. Yük difüzyonu yavaşsa, elektrolit çözeltisindeki I3 ile rekombinasyon olasılığı artmakta ve verimlilik kaybına neden olmaktadır.

Nanopartikülatlı TiO2'nin bir boyutlu (1D) TiO2 nano-mimarileri ile değiştirilmesinin, serbest elektronların birbirine bağlı TiO2 nanopartiküllerinin 7 tane sınırlarından saçılmasını azaltarak yük naklini geliştirebileceği gösterilmiştir. 1D nano-yapıları, yük toplama için daha doğrudan bir yol oluşturduğundan, nanoyönerlerdeki (NFs) elektron taşıma oranının nanopartiküller 8'e göre çok daha hızlı olmasını bekleyebiliriz , 9 .

Elektrospinning, alt-mikron çapı 10 olan lifli malzemelerin imalatı için en sık kullanılan yöntemlerden biridir. Bu teknik, bir püskürtme memesinden bir polimer çözeltisi püskürtmesinin başlatılmasına neden olan yüksek voltaj kullanımını içerir. Bükülme kararsızlığından dolayı, bu jet daha sonra sürekli nanofiber oluşturmak için bir çok kez gerilir. Son yıllarda, bu teknik, doku mühendisliği 11 , kataliz 12 ve lityum iyon pilleri 13 ve süperkapasitler 14 için elektrot malzemeleri gibi sayısız ve çeşitli uygulamalar için kullanılan polimerik ve inorganik malzemeleri imal etmek için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

Fotosonodaki saçılma tabakası olarak elektrospuan TiO2-NF'lerin kullanılması DSSC'lerin performansını artırabilir. Bununla birlikte, nanofibro ile foto-anotlarBiz mimariler yüzey alanı sınırlamaları yüzünden zayıf boya emilimine sahip olma eğilimindedirler. Bunun üstesinden gelmek için olası çözümlerden biri, NF'leri ve nanoparçacıkları karıştırmaktır. Bu, ışık emilimini ve genel verimliliği artıran ilave saçılma tabakalarına neden olduğu gösterilmiştir 15 .

Bu videoda sunulan protokol, elektrospinning ve sol-jel teknikleri kombinasyonu ile ultralong TiO2 nanofiber sentezlemek için kolay bir yöntem sağlar ve ardından kalsinasyon işlemi gerçekleştirilir. Protokol daha sonra, doktora blading teknikleri kullanılarak arttırılmış ışık yayılım kabiliyetine sahip olan bir çift katmanlı foto-anodun imalatı için TiO2-NF'lerin nanopartikülatlı Ti02 ile kombinasyon halinde kullanımını ve bunun ardından bir DSSC'yi, photoanode.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Prekürsör Solüsyon Hazırlığı

NOT: Kullanmadan önce lütfen ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formlarına (MSDS) başvurun. Bu prosedürde kullanılan kimyasallardan birçoğu insanlar için zararlı ve / veya toksiktir. Nanomalzemeler, muadillerine kıyasla ek tehlike oluşturabilir. Lütfen uygun güvenlik tedbirlerini ve kişisel koruyucu ekipmanı kullanın.

  1. Bir örnek şişesine 5 g titanyum (IV) n-butoksit, 1 g polivinilpirolidon (PVP), 1 mL buzlu asetik asit ve 10 mL saf etanol yerleştirin.
  2. Çözeltiyi homojen hale gelene ve kabarcıklar gözlenene kadar karıştırmak için manyetik bir karıştırma plakası kullanın.

2. Nanofiberlerin Elektrospinning ve Kireçlenmesi

  1. Elektrospinning işlemi için kullanılan iğneyi, 21 G'lik bir iğnenin ucunu kesip uç tamamen düz olacak şekilde ılımlı dereceli zımpara kullanarak zımparalayarak hazırlayın.
  2. Ihtiyacı monte edinTek kullanımlık bir 10 mL'lik şırınga üzerinde.
  3. Öncü çözümün bir kısmını şırıngaya yükleyin ve şırınga pompasına yerleştirin.
  4. Kolektör plakasını alüminyum folyoya sarın ve doğrudan iğne ucunun önüne yerleştirin.
    NOT: İğneden tabağa olan mesafe 20 cm olmalıdır.
  5. Toprak toplayıcı plakayı ve iğne yüksek gerilim güç kaynağına bağlayın.
  6. Koruyucu ekranı kurulumun etrafına yerleştirin.
  7. Şırınga pompasındaki akış oranını 1 mL / saate ayarlayın ve pompalamaya başlayın.
  8. İğnenin ucunda bir çözüm görünür görmez yüksek voltaj kaynağını açın ve 15 kV'ye ayarlayın.
    NOT: Bu noktada, elyaf plakada toplanacaktır. Kurulum, fiber hasırın istenilen kalınlığını elde etmek için gerektiği kadar çalışmaya bırakılmalıdır.
  9. İplik tamamlandıktan sonra, yüksek voltaj kaynağı ve şırınga pompasını kapatın. Folyoyu toplayıcı plakadan çıkarın.
  10. Elyafların durmasına izin verinGeceyarısından sonra alüminyum folyodan soyun.
  11. Soyulmuş elyafları bir pota içine yerleştirin ve bir mufle fırınına yerleştirin.
  12. Elyafları, 500 ° C'ye kadar 5 ° / dakikalık bir sıcaklık rampası ayarlayarak ve PVP'yi çıkarmak ve saf TiO2 nanofiber üretmek için 2 saat tutarak hesaplayın.
  13. Kalsinasyon işlemi tamamlandıktan sonra, lifleri tahrip edebilecek herhangi bir termal şoktan kaçınmak için sıcaklık 80 ° C'nin altına düşene kadar fırını bırakın.

3. Elektrot Üretimi

  1. Çamurların hazırlanması
    1. Yuvarlak tabanlı bir şişede, 500 mg titanyum dioksit macunu 20 mL etanol ekleyin.
    2. Ayrı bir balonda 500 mg elektrospınn Ti02-NFs ile 20 mL etanol karıştırılır.
    3. Solüsyonları banyo sonikatörü kullanarak 2 saat boyunca sonike hale getirin.
    4. Üniform karışımlar elde edildiğinde, her şişeye 2 mL terpineol ilave edin veDiğer 15 dak.
    5. Çamurları elde etmek için çözücüyü bir döner buharlaştırıcı kullanarak iki şişeden uçurun.
  2. Doktor balyalama ve sinterleme
    1. Bir elmas cam kesici kullanarak, 2 cm x 2 cm'lik bir kareye FTO iletken cam kaydırın.
    2. FTO slaytını, cam slayt üzerine yapışkan bant yerleştirerek, çalışma alanına sabitleyin, ortada 0.4 cm2 alan açık bırakın. Düzensiz bir kaplamayı önlemek için bandı önce iki paralel kenara yerleştirin ve ardından diğer ikisine yerleştirin.
    3. Slaytun açıktaki merkezine birkaç damla TiO 2 -NP bulamaç bırakın.
    4. Bulamaçları maruz kalan alanın üzerine eşit bir şekilde yaymak için tıraş bıçağı kullanın.
    5. Düzgün bir kaplama sağlandıktan sonra, yapışkan bandı dikkatli bir şekilde çıkarın.
    6. Kaplanmış slayt bir fırında yerleştirilir ve 2 saat boyunca 500 ° C'de sinterlenir.
    7. Aynı FTO slaytında 3.2.2-3.2.6 adımlarını tekrarlayın, bu sefer TiO 2 -NF bulamaç kullanarak yerineNanopartiküller, foto-anot elde etmek için.

4. NF Karakterizasyonu

  1. SEM karakterizasyonu
    1. Bir mikroskop sapına yapışkan karbon bandı bandı takarak SEM için numune hazırlayın. Kasete küçük miktarda nanofiber yerleştirin.
    2. Saplamayı bir numune tutucusuna takın ve aletin değişim odasına yükleyin.
    3. Alet koşullarını ve parametrelerini ayarlayın: ivmelenme voltajını 20 kV'a ve çalışma mesafesini 10 mm'ye ayarlayın.
    4. Materyalin genel morfolojisini sergilediklerinden emin olarak, numunenin görüntülerini toplayın.
  2. XRD karakterizasyonu
    1. Bazı nanofiberleri ince bir toz haline getirin ve XRD aşamasına eşit olarak yayın.
    2. Numuneyi difraktometreye yükleyin.
    3. Edinim parametrelerini ayarlayın: başlangıç ​​açısı 10 °, uç açısı 80 °, bir başlangıç ​​açısı 80 ° kullanın.0,015 ° kademeli boyut.
    4. XRD verilerini edinmeye başlayın.

5. Güneş pili imalatı

  1. Fotonodoyu sulu bir TiCl4 çözeltisi ile 75 ° C'de 45 dakika boyunca muamele edin. İşlemden sonra, deiyonize su ile yıkayın ve kurutun.
  2. Fotoğrafanodu, koyu renk koşullar altında mutlak etanolde 24 saat süreyle 0.5 mM rutenyum boya N719 çözeltisine daldırarak duyarlı hale getirin.
  3. Foto-anot ve karşı elektrot arasında bir termoplastik conta görevi görecek şekilde sensitize foto-anodun üzerine bir yapışkan film tabakası yerleştirin.
  4. Her iki yüzü birbirine bakacak şekilde, sızdırmazlık filminin üzerinde, önceden delinmiş bir delik bulunan bir Pt kaplı FTO karşı elektrot yerleştirin.
  5. Birleştirilen hücreleri, contayı kapatmak için 15 dakika boyunca 100 ° C'ye ısıtın.
  6. 1-propil-3-metilimidazolyum iyodür (0.8 M), iyot (0.1 M), tetrahidrofuranVe benzimidazol (0.3 M) ihtiva eden, 3-metoksipropionitrilde, karşılık gelen elektrotun ön delinmiş deliğinin tepesinde.
  7. Redoks medyatörünün toplanan hücrenin iç alanını doldurması için hücrenin bir vakum desikatörüne yerleştirilmesi.

6. JV Eğri Karakterizasyonu

  1. JV eğrilerini bir AM1.5G filtreden geçen bir xenon ark kaynağından 100 mW / cm2 aydınlatma altında bir dijital kaynak metre kullanarak edinin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

TiO 2 nanofiberleri SEM, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve XRD kullanılarak karakterize edildi. Fotonodun nanoyapısı SEM kullanılarak karakterize edildi. Toplanan DSSC'nin performansı bir güneş simülatörü ve bir kaynak ölçme birimi kullanılarak test edildi.

Şekil 1A'daki SEM görüntüsü, bu protokol kullanılarak sentezlenen nanofiberlerin gözenekli bir yapıya ve yüksek bir en / boy oranına sahip olduğunu göstermektedir. Bunlar birkaç mikrometreye kadar ve sadece birkaç yüz nanometre çapındadır. Şekil 1B'deki enine kesit üç katmanı göstermektedir: en üst tabaka Ti02-NF'nin elyaf saçma tabakası, ikinci tabaka Ti02-NP yapıştırma tabakasıdır ve alt tabaka FTO alt-tabakadır. Her iki tabaka yaklaşık 7 μm'dir, toplam film kalınlığı yaklaşık olarak sonuçlanırAynen 14 um'dir.

Şekil 2'deki difraktogram, titanyum dioksitin anataz fazına tekabül eden bir dizi tepeyi göstermektedir. Spektrumların keskin doruk noktaları, nanofiberlerin oldukça kristalli olduğunu ve bu tür bir uygulama için uygun bir özellik olduğunu gösterir. Şekil 3 , Ti02 NF ve NP fotoelektrotlar için Ti2p XPS spektrumunu göstermektedir. TiO 2 , 465 eV (Ti2p (1/2)) bağlanma enerjileri ve 459 eV (Ti2p (3/2)) bulunan Ti2p tepeleri ile doğrulanmıştır.

Şekil 4'deki JV eğrisi, 1-Güneş aydınlatması altında (katı çizgi), TiO2-NF DSSC'nin 8.30 mA / cm2'lik kısa devre akım yoğunluğuna (J SC ), açık devre voltajına (V OC ) 0.63 V, doluluk faktörü (FF)% 56 ve bir güç dönüştürme verimliliği (PCE)% 2.90. Daha da araştırmak için hücre performansının aydınlatma yoğunluğuna (0.25-1 Sun'dan) bağımlılığı ölçülmüştür. Karakteristik değerler Şekil 5'te gösterilmektedir . J SC, doğrusal olarak 0.75 Güneş'e kadar yükselir ( Şekil 5A ); Eğim daha sonra 0,75 ile 1 Güneş arasında belirgin bir şekilde artar. V OC , ölçülen aralıkta doğrusal bir artış sergilemektedir ( Şekil 5B ). Şekil 5C'de FF, 0,25 ile 0,75 Sun arasında sabittir, ancak hızla 1 Sun'a kadar düşer; Bu, yük rekombinasyonunda bir artışa bağlı olabilir. Şekil 5D , 25 mW / cm2'lik bir ışık yoğunluğunda DSSC'nin% 3.7'lik bir PCE elde ettiğini ve daha düşük aydınlatma yoğunluklarında daha yüksek performans gösterdiğini göstermektedir. Bir karşılaştırma olarak, Şekil 6 , J SC 6'ya ulaşan TiO 2 NP DSSC'leri göstermektedir0.63 V'lik bir V OC ,% 57'lik bir FF ve% 2.35'lik bir PCE'ye sahipti.

Şekil 1
Şekil 1 : Elektrospınn TiO 2 -NFs görüntüleri. ( A ) Elektrospuanlı TiO2-NFs'in yüksek çözünürlüklü görüntüsü. ( B ) Kesit alanı SEM; En üst tabaka ışık saçan nanofiber tabaka ve alt tabaka bloke eden TiO 2 -NP tabakasıdır. Macdonald ve diğerlerinin izniyle uyarlanmış ve yeniden basılan figürler . 16 . Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

şekil 2
Şekil 2 : Elektrospınn Ti02- NFs'in XRD spektrumu . Ek, anataz fazında TiO2'yi gösteren selektif alan elektron kırınımını (SAED) göstermektedir; Macdonald ve diğerlerinin izniyle yeniden basıldı . 16 . Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Şekil 3
Şekil 3 : Ti2 NF ve NP fotoelektrotlar için Ti 2p XPS spektrumu . Kırmızı eğri, nanofiberlerin spektrumunu, katı siyah eğri ise nanopartiküllerin spektrumunu göstermektedir. PLease Bu şekli daha geniş bir sürümünü görmek için buraya tıklayın.

Şekil 4
Şekil 4 : TiO2 NF'lerle yapılan DSSC'nin 1-Güneş ışığı altında JV eğrisi . ( A ) Karanlık akım noktalı çizgi ile gösterilir. Macdonald ve diğerlerinin izniyle basılır . 16 . Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Şekil 5
Şekil 5 : Cihaz tanımlama parametreleri. ( A ) J SC , ( B ) V OC , ( D ) PCE'yi içerir. Macdonald ve diğerlerinin izniyle basılır . 16 . Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Şekil 6
Şekil 6 : TiO 2 -NP'lerle yapılan DSSC'nin 1-Güneş ışığı altında JV eğrisi . Eğri, 6.53 mA / cm2 JSC, 0.63 V V OC ,% 57 FF ve% 2.35 PCE elde eden TiO 2 NP DSSC'leri göstermektedir. Thi'nin daha büyük bir sürümünü görmek için lütfen tıklayınızŞekli.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu çalışmada sunulan yöntemler, DSSC'ler gibi fotokatalitik cihazlar için etkili nanofibral fotoanodların üretimini tanımlamaktadır. Elektrospinning, nanofiberlerin üretimi için çok yönlü bir tekniktir, ancak optimum morfolojilere sahip malzemeler elde etmek için belirli bir beceri ve bilgi seviyesine ihtiyaç duyulmaktadır. İyi nano fiberler elde etmek için en kritik hususlardan biri prekürsör solüsyonun hazırlanmasıdır: taşıyıcı polimer konsantrasyonu ve titanyum öncüsünün seçimi gibi bazı temel faktörler, bunların nihai yapısı üzerinde kritik bir etkisi olabilir malzeme. Düşük bir taşıyıcı polimer konsantrasyonu boncuk oluşumuna veya nanofiber bir yapının tamamen yokluğuna neden olacaktır. Öte yandan, aşırı yüksek bir konsantrasyon, çözeltinin viskozitesini aşırı derecede artıracak ve sonuçta yüzey alanı ve yük hareketliliğini kaybederek nanofiberin çapında bir artışa neden olacaktır. Inorganik önImlecin çok çözünür olması gerekir ve çözeltinin diğer bileşenleri varlığında reaksiyona girmemeli veya parçalamamalıdır. Ayrıca istenmeyen alt ürünler bırakmadan nihai malzemeye kolayca kireç haline getirilmelidir.

Enstrümental parametreler ( yani, voltaj, uç-toplayıcı mesafesi ve iğne çapı) nanofiber morfolojisi üzerinde de önemli bir etkiye sahiptir. Bu koşulları spesifik bir öncü solüsyon kullanarak değiştirirken genel bir eğilim gözlemlense de, bu, elektrik alanının ve diğer enstrümantal koşulların değişiklikleriyle farklı şekilde etkilenebileceği için mutlaka diğer solüsyonlar için geçerli değildir 17 .

Bu tekniğin çok yönlülüğü sayesinde, geniş bir yelpazede nanomalzemeler imal edilebilir ve enerji dönüşüm ve depolama, kataliz, filtrasyon, kompozit malzemeler ve süperhidrofobik yüzeyler gibi birçok farklı uygulamada kullanılabilir. FurthermorE, bu yöntem ticari uygulamalar için önemli bir faktör olan yükseltme için önemli bir potansiyel göstermektedir.

Kalsinasyon işlemi, taşıyıcı polimerin tamamen çıkarılması ve TiO'nun kristalleşmesini teşvik etmek için ancak malzemenin nano yapısını bozmadan yeterli yüksek bir sıcaklıkta gerçekleştirilmesi gerekir. Kalsinasyon sıcaklığının liflere zarar verebilecek herhangi bir termal şoktan kaçınmak için nispeten yavaş bir ısıtma hızında ulaşılması gerekir. Bu aynı zamanda soğutma işlemi için de geçerlidir: Isıl işlem bittikten sonra fırın, sıcaklığın güvenli bir sıcaklığa (<80 ° C) gelene kadar kapalı kalması gerekir.

Doktor kanadı, düz yüzeylerde ince film substratları kolayca elde etmeyi sağlayan basit ve hızlı bir yöntemdir. Pürüzsüz ve düzgün kaplanmış bir yüzey elde etmenin anahtar faktörü bulamaç viskozitesidir: Eğer karışıma çok fazla dağıtıcı ilave edilirse, kaplamaGözenekleri sunacak ve eşit olmayan bir kalınlığa sahip olacak; Çok az dağıtıcı ilave edilirse, oluşan film yüzeyinde muhtemelen çatlaklara sahip olacaktır.

Bir kez hakim olunca, bu teknik cihaz imalatı için ince film birikimi gerektiren herhangi bir uygulama için kolayca kullanılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Yazarların onayları yok.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
titanium(IV) n-butoxide Sigma-Aldrich 244112
Polyvinylpyrrolidone Sigma-Aldrich 437190
glacial acetic acid Sigma-Aldrich A6283
Ethanol, absolute Fisher Scientific E/0650DF/17
20 mL Sample vials (any) (or larger volume)
disposable 21G needle (any)
P150 grit sandpaper (any)
disposable 10mL syringe (any) (or larger volume)
magnetic stirrer + stirring bar (any)
PHD 2000 syringe pump Harvard Apparatus 71-2002 (or any other syringe pump capable of outputting a 1mL/hr flow
Aluminium foil (any)
Stainless steel collector plate (custom built)
High Voltage Power Source Gamma High Voltage Research, Inc ES30P-10W (or any other power supply capable of outputting +15 kV
Polycarbonate protective shield (custom built)
Ceramic crucible (any)
Muffle furnace (any)
Titanium dioxide, nanopowder Sigma-Aldrich 718467
50 mL 1-neck round bottom flasks (any)
bath sonicator (any)
Terpineol Sigma-Aldrich
Rotary evaporator (any)
FTO glass Solaronix TCO30-10/LI
Adhesive tape (any)
razor blade (any)
SEM JEOL 6500F
XRD PANalytical  X'pert Pro
Titanium Tetrachloride Sigma-Aldrich 89545
Ruthenizer  535-bisTBA Solaronix N719
sealing film Dyesol Meltonix 1170-25
Pt-coated FTO Solaronix TCO30-10/LI
1-propyl-3-methylimidazolium iodide Sigma-Aldrich 49637
Iodine Sigma-Aldrich 207772
benzimidazole Sigma-Aldrich 194123
3-Methoxypropionitrile Sigma-Aldrich 65290
Digital source meter Keithley 2400
Solar Simulator Abet technologies 10500

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. O'Regan, B., Grätzel, M. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature. 353 (6346), 737-740 (1991).
  2. Lee, C. H., Chiu, W. H., Lee, K. M., Hsieh, W. F., Wu, J. M. Improved performance of flexible dye-sensitized solar cells by introducing an interfacial layer on Ti substrates. J Mat Chem. 21 (13), 5114-5119 (2011).
  3. Burschka, J., Pellet, N., et al. Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature. 499 (7458), 316-319 (2013).
  4. Ohsaki, Y., Masaki, N., et al. Dye-sensitized TiO2 nanotube solar cells: fabrication and electronic characterization. Phys Chem Chem Phys. 7 (24), 4157-4163 (2005).
  5. Mor, G. K., Shankar, K., Paulose, M., Varghese, O. K., Grimes, C. A. Enhanced Photocleavage of Water Using Titania Nanotube Arrays. Nano Letters. 5 (1), 191-195 (2005).
  6. Feng, X., Shankar, K., Varghese, O. K., Paulose, M., Latempa, T. J., Grimes, C. A. Vertically Aligned Single Crystal TiO2 Nanowire Arrays Grown Directly on Transparent Conducting Oxide Coated Glass: Synthesis Details and Applications. Nano Letters. 8 (11), 3781-3786 (2008).
  7. Roy, P., Berger, S., Schmuki, P. TiO2 Nanotubes: Synthesis and Applications. Angewandte Chemie International Edition. 50 (13), 2904-2939 (2011).
  8. Macdonald, T. J., Xu, J., et al. NiO Nanofibers as a Candidate for a Nanophotocathode. Nanomaterials. 4 (2), 256-266 (2014).
  9. Chuangchote, S., Sagawa, T., Yoshikawa, S. Efficient dye-sensitized solar cells using electrospun TiO2 nanofibers as a light harvesting layer. Appl Phys Lett. 93 (3), 033310 (2008).
  10. Li, D., Xia, Y. Electrospinning of Nanofibers: Reinventing the Wheel? Adv Mat. 16 (14), 1151-1170 (2004).
  11. Li, W. J., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. Electrospun nanofibrous structure: A novel scaffold for tissue engineering. J Biomed Mat Res. 60 (4), 613-621 (2002).
  12. Jia, H., Zhu, G., Vugrinovich, B., Kataphinan, W., Reneker, D. H., Wang, P. Enzyme-Carrying Polymeric Nanofibers Prepared via Electrospinning for Use as Unique Biocatalysts. Biotechnol Prog. 18 (5), 1027-1032 (2002).
  13. Mai, L., Xu, L., et al. Electrospun Ultralong Hierarchical Vanadium Oxide Nanowires with High Performance for Lithium Ion Batteries. Nano Letters. 10 (11), 4750-4755 (2010).
  14. Cai, J., Niu, H., et al. High-Performance Supercapacitor Electrode Materials from Cellulose-Derived Carbon Nanofibers. ACS Appl Mat Interfaces. 7 (27), 14946-14953 (2015).
  15. Joshi, P., Zhang, L., et al. Composite of TiO2 nanofibers and nanoparticles for dye-sensitized solar cells with significantly improved efficiency. Energ Environ Sci. 3 (10), 1507-1510 (2010).
  16. Macdonald, T. J., Tune, D. D., Dewi, M. R., Gibson, C. T., Shapter, J. G., Nann, T. A TiO2 Nanofiber-Carbon Nanotube-Composite Photoanode for Improved Efficiency in Dye-Sensitized Solar Cells. ChemSusChem. 8 (20), 3396-3400 (2015).
  17. Teo, W. E. Electrospinning parameters and fiber control. , http://electrospintech.com/hb-espinparameters.html (2015).

Tags

Mühendislik Sayı 124 Elektrospinning Boya hassaslaştırılmış güneş pilleri nanomalzemeler titanyum dioksit fotokatalizör nanofiber foto-anotlar
Boya Duyarlılaştırılmış Güneş Pilleri için Fotokatalitik Elektrotların Elektrospinning
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Canever, N., Hughson, F., Macdonald, More

Canever, N., Hughson, F., Macdonald, T. J., Nann, T. Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells. J. Vis. Exp. (124), e55309, doi:10.3791/55309 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter