El objetivo general de este proyecto fue el uso de electrospinning para fabricar un fotoanodo con un rendimiento mejorado para las células solares sensibilizadas por colorantes.
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Artículo de método
Electrospinning de electrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por tinte
En este artículo
Resumen
Resumen
Este trabajo demuestra un protocolo para fabricar un fotoanodo basado en fibra para células solares sensibilizadas por colorante, que consiste en una capa de dispersión de luz hecha de nanofibras de dióxido de titanio (TiO2 - NF) electrospun sobre una capa de bloqueo de dióxido de titanio comercialmente disponible Nanopartículas (TiO $ ₂ $ -NPs). Esto se logra por primera electrospinning una solución de butóxido de titanio (IV), polivinilpirrolidona (PVP), y ácido acético glacial en etanol para obtener compuestos nanofibras PVP / TiO 2 . A continuación se calcinan a 500 ◦ C para retirar la PVP y obtener nanofibras de titania en fase anatásica pura. Este material se caracteriza por microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X de polvo (XRD). El fotoanodo se prepara creando primero una capa de bloqueo a través de la deposición de una suspensión de TiO $ ₂ $ -NPs / terpineol sobre una lámina de vidrio de óxido de estaño dopado con flúor (FTO) usando técnicas de raspado médico. Un tratamiento térmico posteriorSe realiza a 500 ° C. Entonces, la capa de dispersión de luz se forma depositando una suspensión de TiO2 - NFs / terpineol en la misma diapositiva, usando la misma técnica, y calcinando de nuevo a 500 ° C. El rendimiento del fotoanodo se prueba fabricando una célula solar sensibilizada por colorante y midiendo su eficiencia a través de curvas JV bajo una gama de densidades de luz incidente, de 0,25-1 Sun.
Introducción
Las células solares sensibilizadas por colorantes (DSSCs) son una interesante alternativa a las células solares basadas en silicio 1 gracias a su bajo costo, proceso de fabricación relativamente sencillo y facilidad de producción a gran escala. Otro beneficio es su potencial para ser incorporados en sustratos flexibles, una clara ventaja sobre las células solares basadas en silicio 2 . Un DSSC típico utiliza: (1) un fotoanodo de TiO2 nanoparticulado, sensibilizado con un tinte, como una capa de recolección de luz; (2) un FTO recubierto de Pt, utilizado como un contraelectrodo; Y (3) un electrolito que contiene una parej....
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Protocolo
1. Preparación de la solución precursora
NOTA: Por favor, consulte todas las hojas de datos de seguridad del material (MSDS) antes de usar. Varios de los productos químicos utilizados en este procedimiento son dañinos y / o tóxicos para los seres humanos. Los nanomateriales pueden tener peligros adicionales en comparación con su contrapartida a granel. Utilice las medidas de seguridad y el equipo de protección personal adecuados.
- Colocar 5 g de n-butóxido de titanio (IV), 1 g de polivinilpirrolidona (PVP), 1 ml de ácido acético glacial y 10 ml de etanol absoluto en un vial de muestra.
- Utilice una placa de agitación ma....
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Resultados
Las nanofibras de TiO 2 se caracterizaron mediante SEM, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y XRD. La nanoestructura del fotoanodo se caracterizó utilizando SEM. El rendimiento del DSSC ensamblado se probó usando un simulador solar y una unidad de medida de fuente.
La imagen de SEM en la Figura 1A muestra que las nanofibras sintetizadas usando este protocolo tienen una est.......
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Discusión
Los métodos presentados en este trabajo describen la fabricación de fotoanodos nanofibrosos eficientes para dispositivos fotocatalíticos tales como DSSCs. Electrospinning es una técnica muy versátil para la fabricación de nanofibras, pero se requiere cierto nivel de habilidad y conocimiento para obtener materiales con morfologías óptimas. Uno de los aspectos más críticos para obtener buenas nanofibras es la preparación de la solución precursora: hay algunos factores clave, tales como la concentración del polímero portad.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores no tienen reconocimientos.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| n-butóxido de titanio (IV) | Sigma-Aldrich 244112 | ||
| Polivinilpirrolidona | Sigma-Aldrich | 437190 | |
| ácido acético glacial | Sigma-Aldrich | A6283 | |
| Etanol, absoluto | Fisher Scientific | E/0650DF/17 | |
| 20 mL Viales de muestra | (cualquiera) | (o de mayor volumen) | |
| aguja desechable de 21G | (cualquiera) | ||
| Papel de lija de grano P150 | (cualquiera) | ||
| Jeringa desechable de 10 ml | (cualquiera) | (o volumen mayor) | |
| agitador magnético + barra agitadora | (cualquiera) | ||
| Bomba de jeringa PHD 2000 | Harvard Apparatus | 71-2002 | (o cualquier otra bomba de jeringa capaz de producir un flujo de 1 ml / hora |
| Aluminio papel de aluminio | (cualquiera) | ||
| Placa colectora de acero inoxidable | (hecha a medida) | ||
| Fuente de alimentación de alto voltaje | Gamma High Voltage Research, Inc | ES30P-10W | (o cualquier otra fuente de alimentación capaz de emitir +15 kV |
| Escudo protector de policarbonato | (hecho a medida) | ||
| Crisol cerámico | (cualquiera) | ||
| Mufla horno | (cualquiera) | ||
| Dióxido de titanio, nanopolvo | Sigma-Aldrich | 718467 | |
| 50 mL Matraces de fondo redondo de 1 cuello | (cualquiera) | ||
| Sonicador de baño | (cualquiera) | ||
| Terpineol | Sigma-Aldrich | ||
| Evaporador rotativo | (cualquiera) | ||
| FTO vidrio | Solaronix | TCO30-10/LI | |
| Cinta adhesiva | (cualquiera) | ||
| hoja de afeitar | (cualquiera) | ||
| SEM | JEOL | 6500F | |
| XRD | PANalytical | X'pert Pro | |
| Tetracloruro de titanio | Sigma-Aldrich | 89545 | |
| Ruthenizer 535-bisTBA | Solaronix | N719 | |
| película de sellado | Dyesol | Meltonix 1170-25 | |
| Pt-coated FTO | Solaronix | TCO30-10/LI | |
| Yoduro de 1-propil-3-metilimidazolio | Sigma-Aldrich | 49637 | |
| Yodo | Sigma-Aldrich | 207772 | |
| benzimidazol | Sigma-Aldrich | 194123 | |
| 3-metoxipropionitrilo | Sigma-Aldrich | 65290 | |
| Medidor de fuente digital | Keithley | 2400 | |
| Simulador solar | Abet technologies | 10500 |
Referencias
- 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).
- 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).
- Burschka, J., Pellet, N., et al.
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Reimpresiones y permisos
