Name: Elektrospinnen von photokatalytischen Elektroden für farbstoffsensibilisierte Solarzellen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 30 s
Description: Erfahren Sie die Elektrospinnmethode zur Herstellung photokatalytischer Elektroden für farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Eindimensionale anorganische Nanofasern verbessern die Geräteleistung erheblich.

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1. Vorläuferlösung Vorbereitung HINWEIS: Bitte konsultieren Sie vor dem Gebrauch alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (MSDS). Mehrere der in diesem Verfahren verwendeten Chemikalien sind schädlich und / oder giftig für den Menschen. Nanomaterialien können zusätzliche Gefahren im Vergleich zu ihrem Bulk-Gegenstück haben. Bitte die entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen und persönliche Schutzausrüstung verwenden. <ol><li> 5 g Titan (IV) n-butoxid, 1 g Polyvinylpyrrolidon (PVP), 1 ml Eisessig und 10 ml absolutem Ethanol in ein Probengefäß geben. </li><li> Verwenden Sie eine magnetische Rührplatte, um die Lösung zu mischen, bis sie homogen geworden ist und keine Blasen beobachtet werden können. </li></ol> 2. Elektrospinnen und Kalzinieren der Nanofasern <ol><li> Die Nadel, die für den Elektrospinnvorgang verwendet wird, vorbereiten, indem man die Spitze einer 21 G-Nadel abschneidet und mit mäßigem Sandpapier abschleift, bis die Spitze vollständig flach ist. </li><li> Montieren Sie die NotwendigkeitLe auf eine Einweg-10-ml-Spritze. </li><li> Legen Sie einige der Vorläuferlösung in die Spritze und legen Sie sie auf die Spritzenpumpe. </li><li> Wickeln Sie die Kollektorplatte in Aluminiumfolie ein und legen Sie sie direkt vor die Nadelspitze. HINWEIS: Der Abstand von der Nadel zur Platte sollte 20 cm betragen. </li><li> Verbinden Sie die Kollektorplatte mit dem Boden und der Nadel mit der Hochspannungsquelle. </li><li> Legen Sie den Schutzschild um das Setup herum. </li><li> Stellen Sie den Durchfluss auf die Spritzenpumpe auf 1 mL / h ein und beginnen Sie zu pumpen. </li><li> Sobald eine Lösung an der Spitze der Nadel erscheint, schalten Sie die Hochspannungsquelle ein und stellen Sie sie auf 15 kV ein. HINWEIS: An diesem Punkt werden Fasern auf dem Teller sammeln. Der Aufbau wird so lange wie nötig gelassen, um die gewünschte Dicke der Fasermatte zu erreichen. </li><li> Nachdem das Spinnen beendet ist, schalten Sie die Hochspannungsquelle und die Spritzenpumpe aus. Entfernen Sie die Folie von der Kollektorplatte. </li><li> Lassen Sie die Fasern ruhen oVernichten und dann die Aluminiumfolie abziehen. </li><li> Legen Sie die abgezogenen Fasern in einen Tiegel und legen Sie sie in einen Muffelofen. </li><li> Kalzinieren der Fasern durch Aufstellen einer Temperaturrampe von 5 ° / min bis 500 ° C und Halten für 2 h zur Entfernung des PVP und zur Herstellung von reinen TiO 2 -Nanofasern. </li><li> Sobald der Kalzinierungsvorgang abgeschlossen ist, lassen Sie den Ofen geschlossen, bis die Temperatur unter 80 ° C reicht, um einen thermischen Schock zu vermeiden, der die Fasern beschädigen könnte. </li></ol> 3. Elektrodenfertigung <ol><li> Vorbereitung der Aufschlämmungen <ol><li> Fügen Sie 500 mg Titandioxid-Paste zu 20 ml Ethanol in einem Rundkolben hinzu. </li><li> In einem separaten Kolben werden 500 mg der elektrogesponnenen TiO 2 -NFs mit weiteren 20 ml Ethanol vermischt. </li><li> Sonate die Lösungen für 2 h mit einem Bad-Sonicator. </li><li> Sobald einheitliche Mischungen erhalten werden, fügen Sie 2 ml Terpineol zu jedem Kolben und Sonate für einAndere 15 min. </li><li> Verdampfe das Lösungsmittel aus beiden Kolben unter Verwendung eines Rotationsverdampfers, um die Aufschlämmungen zu erhalten. </li></ol></li><li> Doktor Blading und Sinterung <ol><li> Mit einem Diamant-Glasschneider einen FTO-leitfähigen Glasschieber in ein 2 cm x 2 cm großes Quadrat schneiden. </li><li> Sichern Sie den FTO-Schieber in den Arbeitsbereich, indem Sie Klebeband auf den Glasschieber legen, so dass ein 0.4-cm 2- Bereich in der Mitte freigelegt wird. Um eine unregelmäßige Beschichtung zu vermeiden, platziere das Band auf zwei parallelen Seiten und dann auf die beiden anderen. </li><li> Legen Sie ein paar Tropfen der TiO 2 -NP-Aufschlämmung auf die exponierte Mitte des Objektträgers auf. </li><li> Verwenden Sie eine Rasierklinge, um die Aufschlämmung gleichmäßig über den exponierten Bereich zu verteilen. </li><li> Sobald eine gleichmäßige Beschichtung erreicht ist, entfernen Sie vorsichtig das Klebeband. </li><li> Den beschichteten Schieber in einen Ofen geben und 2 h bei 500 ° C sintern. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.2.2-3.2.6 auf der gleichen FTO-Folie, diesmal mit der TiO 2 -NF-Aufschlämmung anstelle vonDie Nanopartikel, um die Photoanode zu erhalten. </li></ol></li></ol> 4. NF Charakterisierung <ol><li> SEM-Charakterisierung <ol><li> Bereiten Sie die Probe für SEM vor, indem Sie einen Streifen Klebstoff-Klebeband an einen Mikroskopstutzen anschließen. Setzen Sie sorgfältig eine kleine Menge Nanofasern auf das Band. </li><li> Montieren Sie den Stutzen auf einen Probenhalter und legen Sie ihn in die Austauschkammer des Gerätes. </li><li> Stellen Sie die Gerätebedingungen und Parameter ein: Stellen Sie die Beschleunigungsspannung auf 20 kV und den Arbeitsabstand auf 10 mm ein. </li><li> Sammeln Sie Bilder der Probe, um sicherzustellen, dass sie die Gesamtmorphologie des Materials anzeigen. </li></ol></li><li> XRD-Charakterisierung <ol><li> Schütteln Sie einige Nanofasern vorsichtig in ein feines Pulver und breiten sie gleichmäßig auf einer XRD-Stufe aus. </li><li> Legen Sie die Probe in das Diffraktometer ein. </li><li> Stellen Sie die Erfassungsparameter ein: Verwenden Sie einen Startwinkel von 10 °, einen Endwinkel von 80 °, einDa Schrittgröße von 0,015 °. </li><li> Starten Sie die Erfassung der XRD-Daten. </li></ol></li></ol> 5. Solarzellenfertigung <ol><li> Die Photoanode mit einer wässrigen Lösung von TiCl &amp; sub4; bei 75ºC für 45 min behandeln. Nach der Behandlung mit gewaschenem Wasser waschen und trocknen lassen. </li><li> Sensibilisieren Sie die Photoanode, indem Sie sie in einer 0,5 mM Lösung des Rutheniumfarbstoffs N719 in absolutem Ethanol für 24 h unter dunklen Bedingungen eintauchen. </li><li> Legen Sie eine Folie des Siegelfilms auf die sensibilisierte Photoanode, um als thermoplastische Dichtung zwischen dem Photoanode und der Gegenelektrode zu dienen. </li><li> Legen Sie eine Pt-beschichtete FTO-Gegenelektrode mit einem vorgebohrten Loch in der Mitte auf die Oberseite der Siegelfolie, so dass beide Seiten einander zugewandt sind. </li><li> Die zusammengesetzte Zelle 15 min lang auf 100 ° C erhitzen, um die Dichtung abzudichten. </li><li> Ein paar Tropfen eines Redoxmediators, bestehend aus einer Lösung von 1-Propyl-3-methylimidazoliumjodid (0,8 M), Iod (0,1 M),Und Benzimidazol (0,3 M) in 3-Methoxypropionitril, oben auf dem vorgebohrten Loch der Gegenelektrode. </li><li> Legen Sie die Zelle in einen Vakuum-Exsikkator, damit der Redox-Mediator den Innenraum der zusammengesetzten Zelle füllen kann. </li></ol> 6. JV Kurvencharakterisierung <ol><li> Erfassen Sie die JV-Kurven mit einem digitalen Quellzähler unter 100 mW / cm 2 Beleuchtung aus einer Xenon-Bogen-Quelle, die durch ein AM1.5G-Filter geführt wird. </li></ol>

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 <a target="_blank" href="http://electrospintech.com/hb-espinparameters.html ">http://electrospintech.com/hb-espinparameters.html </a> (2015).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden beschreiben die Herstellung von effizienten nanofaserigen Photoanoden für photokatalytische Geräte wie DSSCs. Electrospinning ist eine sehr vielseitige Technik für die Herstellung von Nanofasern, aber ein gewisses Maß an Geschick und Wissen ist erforderlich, um Materialien mit optimalen Morphologien zu erhalten. Einer der kritischsten Aspekte, um gute Nanofasern zu erhalten, ist die Vorbereitung der Vorläuferlösung: Es gibt einige Schlüsselfaktoren wie die Konzentration des Tr...

Dye-sensibilisierte Solarzellen (DSSCs) sind eine interessante Alternative zu Silizium-Solarzellen 1 dank ihrer geringen Kosten, dem relativ einfachen Herstellungsprozess und der Leichtigkeit der Großproduktion. Ein weiterer Vorteil ist ihr Potenzial, in flexible Substrate eingebaut zu werden, ein deutlicher Vorteil gegenüber Silizium-Solarzellen 2 . Ein typischer DSSC nutzt: (1) ein mit einem Farbstoff sensibilisierter nanopartikulärer TiO 2 -Analanode als lichtgewachsene Schicht; (2) eine Pt-beschichtete FTO, die als Gegenelektrode verwendet wird; Und (3) einen Elektrolyten, der ein Redoxpaar wie I - / I 3 - enthält , das zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist und als &quot;lochleitendes Medium&quot; arbeitet. Obwohl DSSCs Wirkungsgrade von 15% 3 übertroffen haben, wird die Leistung von Nanopartikel-basierten Photoanoden immer noch durch eine Reihe von Einschränkungen behindert, einschließlich langsamer ElektronenmobilisierungY 4 , schlechte Absorption von niederenergetischen Photonen 5 und Ladungsrekombination 6 . Der Elektronensammelwirkungsgrad hängt stark von der Geschwindigkeit des Elektronentransports durch die TiO 2 -Nanopartikelschicht ab. Wenn die Ladungsdiffusion langsam ist, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Rekombination mit I 3 - in der Elektrolytlösung, was zu einem Verlust an Effizienz führt. Es wurde gezeigt, dass das Ersetzen von nanopartikulärem TiO 2 mit eindimensionalen (1D) TiO 2 -Nanoarchitekturen den Ladungstransport durch Verringerung der Streuung von freien Elektronen aus den Korngrenzen der miteinander verbundenen TiO 2 -Nanopartikel 7 verbessern kann. Da 1D-Nanostrukturen einen direkteren Weg zur Ladungssammlung bieten, können wir erwarten, dass der Elektronentransport in Nanofasern (NFs) deutlich schneller als in Nanopartikeln 8 , </sup&gt; 9 Das Elektrospinnen ist eines der am häufigsten verwendeten Verfahren zur Herstellung von Fasermaterialien mit Submikrometer-Durchmessern 10 . Diese Technik beinhaltet die Verwendung von Hochspannung, um den Ausstoß eines Polymerlösungsstrahls durch eine Spinndüse zu induzieren. Aufgrund der Biegeinstabilität wird dieser Strahl anschließend oftmals zu kontinuierlichen Nanofasern gedehnt. In den letzten Jahren wurde diese Technik weitgehend zur Herstellung von polymeren und anorganischen Materialien verwendet, die für zahlreiche und vielfältige Anwendungen wie Tissue Engineering 11 , Katalyse 12 und als Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien 13 und Superkondensatoren verwendet wurden. Die Verwendung von elektrogesponnenen TiO 2 -NFs als Streuschicht in der Photoanode kann die Leistung von DSSCs erhöhen. Allerdings photoanodes mit nanofibroUns Architekturen neigen dazu, eine schlechte Farbstoffabsorption aufgrund von Oberflächenbeschränkungen zu haben. Eine der möglichen Lösungen, um dies zu überwinden, besteht darin, NFs und Nanopartikel zu mischen. Es wurde gezeigt, dass sich zusätzliche Streuschichten ergeben, wodurch die Lichtabsorption und der Gesamtwirkungsgrad verbessert werden. Das in diesem Video präsentierte Protokoll bietet ein einfaches Verfahren zur Synthese von ultralong-TiO 2 -Nanofasern durch eine Kombination von Elektrospinn- und Sol-Gel-Techniken, gefolgt von einem Kalzinierungsverfahren. Das Protokoll veranschaulicht dann die Verwendung der TiO 2 -NFs in Kombination mit nanopartikulärem TiO 2 für die Herstellung eines zweischichtigen Photoanodes mit verbesserter Lichtstreuungsfähigkeit unter Verwendung von Rakeltechniken sowie die anschließende Montage eines DSSC unter Verwendung eines solchen Photoanode

<table><tbody><tr><td>Titan(IV)-n-Butoxid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244112</td><td></td></tr><tr><td>Polyvinylpyrrolidon</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>437190</td><td></td></tr><tr><td>Eisessig</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A6283</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol, absolut</td><td>Fisher Scientific</td><td>E/0650DF/17</td><td></td></tr><tr><td>20 mL Probenfläschchen</td> <td>(beliebig)</td><td></td> <td>(oder größeres Volumen)</td></tr><tr><td>Einwegnadel 21G</td> <td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>P150 Körnung Schleifpapier</td> <td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Einwegspritze 10 ml</td> (<td>beliebig)</td><td></td> <td>(oder größeres Volumen)</td></tr><tr><td>Magnetrührer + Rührstab</td> <td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PHD 2000 Spritzenpumpe</td><td>Harvard Apparatus</td><td>71-2002</td> <td>(oder jede andere Spritzenpumpe, die einen Durchfluss von 1 ml/h</td></tr><tr><td>abgeben kann Aluminium Folie</td> <td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kollektorplatte aus Edelstahl</td> <td>(Sonderanfertigung)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hochspannungsquelle</td><td>Gamma High Voltage Research, Inc</td><td>ES30P-10W</td> <td>(oder jedes andere Netzteil, das +15 kV</td>Polycarbonat-Schutzschild</tr> ausgeben <tr><td></td><td>kann (Sonderanfertigung)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Keramiktiegel</td> <td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Muffel Ofen</td><td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Titandioxid, Nanopulver</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>718467</td><td></td></tr><tr><td>50 mL 1-Hals-Rundkolben</td><td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bad-Ultraschallgerät</td><td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Terpineol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotationsverdampfer</td><td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTO-Glas</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>Klebeband</td><td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rasierklinge</td><td>(beliebig)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SEM</td><td>JEOL</td><td>6500F</td><td></td></tr><tr><td></td><td>XRD PANalytical&nbsp;</td><td>X'pert Pro</td><td></td></tr><tr><td>Titanium Tetrachloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>89545</td><td></td></tr><tr><td>Ruthenizer &nbsp; 535-bisTBA</td><td>Solaronix</td><td>N719</td><td></td></tr><tr><td>Siegelfolie</td><td>Dyesol</td><td>Meltonix 1170-25</td><td></td></tr><tr><td>Pt-beschichtet FTO</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>1-propyl-3-methylimidazoliumiodid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>49637</td><td></td></tr><tr><td>Jod</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>207772</td><td></td></tr><tr><td>Benzimidazol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>194123</td><td></td></tr><tr><td>3-Methoxypropionitril</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65290</td><td></td></tr><tr><td>Digitales Quellenmessgerät</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Sonnensimulator</td><td>Abet technologies</td><td>10500</td><td></td></tr></tbody></table>

elektrospinnen von photokatalytischen elektroden für farbstoffsensibilisierte solarzellen

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

Diese Arbeit veranschaulicht ein Protokoll zur Herstellung eines faserbasierten Photoanodens für farbstoffsensibilisierte Solarzellen, bestehend aus einer lichtstreuenden Schicht aus elektrogesponnenen Titandioxid-Nanofasern (TiO 2 -NFs) auf einer Sperrschicht aus handelsüblichem Titandioxid Nanopartikel (TiO 2 -NPs). Dies wird durch erstes Elektrospinnen einer Lösung von Titan (IV) butoxid, Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Eisessig in Ethanol erreicht, um zusammengesetzte PVP / TiO 2 -Nanofasern zu erhalten. Diese werden dann bei 500 ° C calciniert, um das PVP zu entfernen und reine Anatasphasen-Titandioxid-Nanofasern zu erhalten. Dieses Material zeichnet sich durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Pulverröntgenbeugung (XRD) aus. Die Photoanode wird hergestellt, indem zuerst eine Sperrschicht durch die Abscheidung einer TiO &amp; sub2; -NPs / Terpineol-Aufschlämmung auf einem mit einem Fluor-dotierten Zinnoxid (FTO) -Glasschlitten unter Verwendung von Rakeltechniken hergestellt wird. Eine anschließende thermische BehandlungWird bei 500 ° C durchgeführt. Dann wird die lichtstreuende Schicht durch Abscheiden einer TiO &amp; sub2; -NFs / Terpineol-Aufschlämmung auf demselben Objektträger unter Verwendung derselben Technik und Calcinieren bei 500ºC gebildet. Die Leistung des Photoanodens wird durch die Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle getestet und deren Effizienz durch JV-Kurven unter einer Reihe von einfallenden Lichtdichten von 0,25-1 Sun gemessen.

Die TiO 2 -Nanofasern wurden unter Verwendung von SEM, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und XRD charakterisiert. Die Nanostruktur des Photoanodes wurde durch SEM charakterisiert. Die Leistung des montierten DSSC wurde mit einem Solarsimulator und einer Quellmesseinheit getestet. Das SEM-Bild in Fig. 1A zeigt, daß die unter Verwendung dieses Protokolls synthetisierten Nanofaser...

Das übergeordnete Ziel dieses Projektes war es, das Elektrospinnen zu verwenden, um eine Photoanode mit verbesserter Leistung für farbstoffsensibilisierte Solarzellen herzustellen.

Elektrospinnen von photokatalytischen Elektroden für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit besteht darin, eine Photoanode für farbstoffsensibilisierte Solarzellen mit verbesserter Leistung unter Verwendung des Elektrospinnverfahrens herzustellen. Nanomaterialien sind hervorragend. Sie weisen chemische und physikalische Eigenschaften auf, die in den entsprechenden makroskopischen Materialien nicht zu finden sind.Wenn Sie jedoch versuchen, eine Vorrichtung unter Verwendung von Nanomaterialien herzustellen, kann dies ziemlich schwierig werden. In diesem Video zeigen wir, wie eindimensionale anorganische Nanofasern hergestellt und für eine Solarzelle verwendet werden können. Die Richtungsabhängigkeit der Nanofasern führt dazu, dass die Vorrichtungen eine deutlich bessere Leistung aufweisen als Vorrichtungen, die lediglich nanokristalline Materialien verwenden.Um die Vorläuferlösung herzustellen, geben Sie 10 Milliliter absoluten Ethanol, einen Milliliter Essigsäure in reiner Form, fünf Gramm Titan(II)oxid und ein Gramm PVP in ein Probenfläschchen. Rühren Sie die Lösung, bis sie homogen ist und keine Blasen mehr zu erkennen sind. Um eine eindimensionale Nanoarchitektur zu erhalten, verwenden wir das Elektrospinnen.Eine einfache, jedoch recht clevere Technik, die es uns ermöglicht, Nanofasern mit einer Länge von mehreren Mikrometern und einem Durchmesser von nur wenigen hundert Nanometern zu erhalten. Um die für den Elektrospinnprozess verwendete Nadel vorzubereiten, schneiden Sie die Spitze einer 21-Gauge-Nadel ab und schleifen Sie diese mit mittelkörnigem Schleifpapier so lange, bis die Spitze vollständig eben ist. Füllen Sie die Präkursorlösung in die Spritze und setzen Sie diese auf die Spritzenpumpe.Umwickeln Sie die Sammelplatte mit Aluminiumfolie und platzieren Sie die Schutzabschirmung um die Aufbauten. Der Abstand zwischen der Nadel und der Sammelplatte sollte 20 Zentimeter betragen. Verbinden Sie die Sammelplatte mit dem Erdungspunkt und die Nadel mit der Stromquelle.Stellen Sie die Flussrate der Spritzenpumpe auf einen Milliliter pro Stunde ein und beginnen Sie mit dem Pumpen. Sobald etwas Lösung an der Nadelspitze austritt, schalten Sie die Hochspannungsquelle ein und stellen Sie sie auf 15 Kilovolt ein. Ab diesem Zeitpunkt sammeln sich Fasern auf der Platte.Das kann so lange laufen gelassen werden, wie nötig, um die gewünschte Dicke des Fasermattens zu erreichen. Nach Beendigung des Spinnvorgangs schalten Sie die Hochspannungsquelle aus und entfernen die Folie von der Sammelplatte. Wenn man die Fasern über Nacht ruhen lässt, lässt sich die Ablösung von der Sammelplatte erleichtern.Legen Sie die abgeschälten Fasern in ein Tiegelgefäß und geben Sie dieses in einen Ofen mit einer Temperaturrampe von fünf Grad pro Minute bis auf 500 Grad für zwei Stunden, um das PVP zu entfernen und reine TiO2-Nanofasern zu erzeugen. Für die Herstellung der Photoanode ist es erforderlich, dass sich eine lichtstreuende Schicht aus Titandioxid-Nanofasern auf einer Sperrschicht aus handelsüblichen Titandioxid-Nanopartikeln befindet. Dies ist entscheidend, um Ladungsansammlung an einem Substrat zu verhindern.Beginnen Sie damit, 500 Milligramm Titandioxid-Nanopartikel in einem Rundkolben zu 20 ml Ethanol hinzuzufügen. In einem separaten Kolben mischen Sie 500 Milligramm der elektrogesponnenen Titandioxid-Nanofasern mit weiteren 20 ml Ethanol. Beschallen Sie die Lösungen zwei Stunden lang mit einem Ultraschallbad. Nachdem homogene Mischungen erhalten wurden, 2 ml Terpineol zu jedem Kolben hinzufügen und weitere 15 Minuten beschallen. Abschließend das Lösungsmittel mittels Rotationsverdampfer verdampfen, um die Suspensionen zu erhalten. Mit einem Diamantschneider ein FTO-Plättchen in ein zwei mal zwei Zentimeter großes Quadrat schneiden.Bringen Sie Klebeband auf dem Objektträger an, wobei ein Bereich von 0,4 Quadratzentimetern in der Mitte freigelassen wird. Geben Sie einige Tropfen der Titandioxidsuspension in die Mitte des Objektträgers. Verwenden Sie ein Rasierklingenblatt, um die Suspension gleichmäßig auf dem freigelegten Bereich zu verteilen.Nach Erreichen einer gleichmäßigen Beschichtung das Klebeband vorsichtig entfernen. Die Photoanoden werden anschließend in einen Ofen gegeben und zwei Stunden lang bei 500 Grad zentral positioniert. Wiederholen Sie den Vorgang auf dem gleichen Objektträger, wobei diesmal die Nanofasersuspension verwendet wird, um die lichtstreuende Schicht aufzubringen.Die zusammengesetzte Photoanode wird erneut bei 500 Grad für zwei Stunden zentriert. Um unsere Nanofasern zu charakterisieren, werden wir REM und XRD verwenden, und um die Leistung unserer Nanofasern zu testen, werden wir sie in einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle implementieren. Um die Probe für die Rasterelektronenmikroskopie vorzubereiten, befestigen Sie einen Streifen klebendes Kohlenstoffband auf dem Mikroskop-Stub.Platzieren Sie dann vorsichtig eine kleine Menge an Nanofasern auf dem Klebeband. Befestigen Sie den Probenträger an einem Halter und senken Sie ihn in die Wechselkammer des Geräts ein. Richten Sie die Gerätebedingungen und -parameter entsprechend ein.Sammeln Sie Bilder der Probe, wobei sichergestellt werden muss, dass sie die gesamte Morphologie des Materials zeigen. Die REM-Bilder zeigen, dass die Fasern eine poröse Struktur aufweisen und ein hohes Aspektverhältnis besitzen. Um das Material für die Charakterisierung mittels Röntgenbeugung vorzubereiten, mahlen Sie vorsichtig einige Nanofasern zu einem feinen Pulver und verteilen Sie dieses gleichmäßig auf einem XRD-Präparat.Geben Sie die Probe in das Diffraktometer ein. Richten Sie die Erfassungsparameter ein und beginnen Sie mit der Datensammlung. Das Diffraktogramm zeigt eine Reihe von Peaks, die der Anatas-Phase von Titandioxid entsprechen.Um die Solarzelle herzustellen, behandeln Sie zunächst die TiO2-Photoanoden 45 Minuten lang bei 75 °C mit einer wässrigen TiCl4-Lösung. Spülen Sie die Photoanoden nach der Behandlung mit entionisiertem Wasser, trocknen Sie sie und sensibilisieren Sie sie 24 Stunden lang unter Dunkelbedingungen in einer Lösung aus Ruthenizer N719 und absolutem Ethanol.Die sensibilisierten Photoanoden werden mit Ethanol gewaschen, um überschüssige Farbstoffmoleküle von der TiO2-Photoanodenoberfläche zu entfernen. Als thermoplastische Dichtung zwischen der Gegenelektrode und den Photoanoden wird eine Versiegelungsfolie verwendet. Für alle Solarzellen kommen Gegenelektroden aus platinbeschichtetem FTO zum Einsatz.Die zusammengesetzten Solarzellen werden 15 Minuten lang auf 100 Grad C erhitzt, um die Dichtung zu versiegeln. Ein Redox-Mediator wird durch Vakuumfüllung in den Innenraum der Solarzellen eingefügt. Strom-Spannungs-Kurven (J-V-Kurven) werden mit einem Keithley 2400 Digital SourceMeter unter einer Beleuchtung von 100 Milliwatt pro Quadratzentimeter erfasst, die von einer Xenon-Lichtbogenquelle über einen AM 1,5 G-Filter bereitgestellt wird.Die Beleuchtungsebene für die Lichtquelle wird mit einer monokristallinen Silizium-Referenzzelle kalibriert. In diesem Video haben wir Ihnen gezeigt, wie man farbstoffsensibilisierte Solarzellen unter Verwendung anorganischer Nanofasern herstellt. Neben dieser Anwendung gibt es viele weitere Möglichkeiten.Zum Beispiel Batterien, transparente Elektroden, aktive Filter und andere. Wenn Sie weitere Einzelheiten erfahren möchten, werfen Sie bitte einen Blick auf unsere Publikationen. Ich hoffe, Ihnen hat dieses Video gefallen und Sie konnten etwas daraus lernen. Bitte kontaktieren Sie uns, falls Sie Fragen haben oder Feedback geben möchten.

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Forschung

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Engineering

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