Name: 色素増感太陽電池用光触媒電極のエレクトロスピニング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 30 s
Description: 学ぶエレクトロスピニング法による色素増感太陽電池用光触媒電極の作製。一方向性無機ナノファイバーがナノ結晶材料と比較してデバイス性能を向上させる方法を解説。再生可能エネルギー技術への応用可能性を示す。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

著者には謝辞はありません。

1.前駆体溶液の調製注記：使用前に関連するすべての物質安全データシート（MSDS）を参照してください。この手順で使用される化学物質のいくつかは、ヒトに対して有害であり、および/または有毒である。ナノマテリアルは、それらのバルクマテリアルと比較して、追加のハザードを有する可能性がある。適切な安全対策と個人用保護具を使用してください。 <ol><li>試料バイアルに5gのチタン（IV）n-ブトキシド、1gのポリビニルピロリドン（PVP）、1mLの氷酢酸、および10mLの無水エタノールを入れる。 </li><li>均質になり、気泡が観察されなくなるまで、溶液を混合するためにマグネチックスターラープレートを使用する。 </li></ol>ナノファイバーの電気紡糸と焼成<ol><li>電気紡糸プロセスに使用する針は、21Gの針の先端を切断し、先端が完全に平坦になるまで中等度のサンドペーパを用いて研磨する。 </li><li>必要を乗せる使い捨ての10mLシリンジに入れた。 </li><li>前駆体溶液の一部を注射器に装填し、シリンジポンプに置く。 </li><li>コレクタプレートをアルミホイルで包み、ニードルチップの前に直接置きます。 注：ニードルからプレートまでの距離は20cmです。 </li><li>コレクタプレートをグランドに接続し、ニードルを高圧電源に接続します。 </li><li>セットアップの周りに保護シールドを置きます。 </li><li>シリンジポンプの流速を1 mL / hに設定し、ポンプを開始します。 </li><li>ニードルの先端に何らかの溶液が現れるとすぐに、高電圧源をオンにして15kVに設定します。 注：この時点で、繊維はプレート上に集まることになります。繊維マットの所望の厚さを達成するのに必要なだけ、セットアップを実行したままにする。 </li><li>回転が完了したら、高電圧源とシリンジポンプをオフにします。コレクタプレートからホイルを取り外します。 </li><li>繊維は、一晩中、アルミニウム箔から剥がしてください。 </li><li>剥がした繊維をるつぼに置き、マッフル炉に入れます。 </li><li> 5℃/分の温度上昇を500℃に設定し、PVPを除去するために2時間保持し、純粋なTiO 2ナノファイバーを生成することにより、繊維を焼成する。 </li><li>焼成プロセスが完了したら、温度が80℃以下になるまで炉を閉じたままにし、熱衝撃を避け、繊維を損傷する可能性があります。 </li></ol> 3.電極製造<ol><li> スラリーの調製 <ol><li>丸底フラスコ中で500mgの二酸化チタンペーストを20mLのエタノールに添加する。 </li><li>別のフラスコで、500mgのエレクトロスピニングされたTiO 2 -NFを別の20mLのエタノールと混合する。 </li><li>浴ソニケーターを用いて溶液を2時間超音波処理する。 </li><li>均一な混合物が得られたら、2mLのテルピネオールを各フラスコに加え、その他15分。 </li><li>ロータリーエバポレーターを使用して両方のフラスコから溶媒を蒸発させてスラリーを得る。 </li></ol></li><li> 医者のブレードと焼結 <ol><li>ダイヤモンドガラスカッターを使用して、FTO導電性ガラススライドを2cm×2cmの正方形に切断する。 </li><li>ガラススライド上に粘着テープを貼り、中央に0.4 cm 2の領域を露出させて、作業領域にFTOスライドを固定します。不規則なコーティングを避けるために、テープを2つの平行な面に、次に他の2つの面に置きます。 </li><li>スライドの露出した中心に数滴のTiO 2 -NPスラリーを堆積させる。 </li><li>かみそりの刃を使用して、スラリーを露出した部分に均一に広げます。 </li><li>均一なコーティングが達成されたら、粘着テープを慎重に取り除きます。 </li><li>コーティングされたスライドを炉内に置き、500℃で2時間焼結する。 </li><li>同じFTOスライド上で3.2.2-3.2.6のステップを繰り返し、今回はTiO 2 -NFスラリーを使用します光ナノ粒子を得ることができる。 </li></ol></li></ol> 4. NFキャラクタリゼーション<ol><li> SEMの特徴付け <ol><li>顕微鏡スタブに粘着性のカーボンテープのストリップを取り付けることによって、SEMのためのサンプルを準備する。慎重にテープ上に少量のナノファイバーを置きます。 </li><li>スタブをサンプルホルダーに取り付け、それを装置の交換チャンバーにロードします。 </li><li>機器の条件とパラメータを設定します：加速電圧を20 kVに、作動距離を10 mmに設定します。 </li><li>サンプルの画像を収集し、それらが材料の全体的な形態を表示していることを確認します。 </li></ol></li><li> XRDのキャラクタリゼーション <ol><li>ナノファイバーを細かく細かく砕き、XRDステージに均一に広げます。 </li><li>試料を回折計にロードする。 </li><li>取得パラメータを設定する：開始角度10°、終了角度80°、0.015°のステップサイズ。 </li><li> XRDデータの取得を開始します。 </li></ol></li></ol> 5.太陽電池製造<ol><li>フォトアノードを75℃で45分間、TiCl 4水溶液で処理する。処理後、脱イオン水で洗浄し、乾燥させる。 </li><li>暗い条件下で24時間絶対エタノール中のルテニウム色素N719の0.5mM溶液中に浸漬することによって光陽性体を感作する。 </li><li>増感された光アノードの上にシーリングフィルムのシートを置き、光アノードと対極との間の熱可塑性ガスケットとして機能させる。 </li><li>密封フィルムの上に、中央に予め穿孔された穴を有するPt被覆FTO対向電極を、両側が互いに対向するように配置する。 </li><li>組み立てたセルを100℃で15分間加熱してガスケットをシールします。 </li><li> 1-プロピル-3-メチルイミダゾリウムヨウ化物（0.8M）、ヨウ素（0.1M）、およびヨウ化ナトリウムの溶液からなる数滴のレドックスメディエーターを沈着させる。および3-メトキシプロピオニトリル中のベンゾイミダゾール（0.3M）を、対電極の予め穿孔された穴の上に置く。 </li><li>酸化還元メディエーターが組み立てられた細胞の内部空間を満たすように、細胞を真空デシケーターに入れる。 </li></ol> JV曲線の特徴付け<ol><li> AM1.5Gフィルターを通過したキセノンアーク源からの100mW / cm 2の照度下のデジタルソースメーターを使用してJV曲線を取得する。 </li></ol>

<ol><li>O'Regan, B., Grätzel, M. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v353/n6346/abs/353737a0.html">A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films.</a> Nature. 353 (6346), 737-740 (1991).</li>
<li>Lee, C. H., Chiu, W. H., Lee, K. M., Hsieh, W. F., Wu, J. M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2011/JM/C0JM04099A#!divAbstract">Improved performance of flexible dye-sensitized solar cells by introducing an interfacial layer on Ti substrates.</a> J Mat Chem. 21 (13), 5114-5119 (2011).</li>
<li>Burschka, J., Pellet, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+deposition+as+a+route+to+high-performance+perovskite-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells.</a> Nature. 499 (7458), 316-319 (2013).</li>
<li>Ohsaki, Y., Masaki, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dye-sensitized+TiO2+nanotube+solar+cells%3A+fabrication+and+electronic+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Chem+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Dye-sensitized TiO2 nanotube solar cells: fabrication and electronic characterization.</a> Phys Chem Chem Phys. 7 (24), 4157-4163 (2005).</li>
<li>Mor, G. K., Shankar, K., Paulose, M., Varghese, O. K., Grimes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Photocleavage+of+Water+Using+Titania+Nanotube+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Enhanced Photocleavage of Water Using Titania Nanotube Arrays.</a> Nano Letters. 5 (1), 191-195 (2005).</li>
<li>Feng, X., Shankar, K., Varghese, O. K., Paulose, M., Latempa, T. J., Grimes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertically+Aligned+Single+Crystal+TiO2+Nanowire+Arrays+Grown+Directly+on+Transparent+Conducting+Oxide+Coated+Glass%3A+Synthesis+Details+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Vertically Aligned Single Crystal TiO2 Nanowire Arrays Grown Directly on Transparent Conducting Oxide Coated Glass: Synthesis Details and Applications.</a> Nano Letters. 8 (11), 3781-3786 (2008).</li>
<li>Roy, P., Berger, S., Schmuki, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TiO2+Nanotubes%3A+Synthesis+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">TiO2 Nanotubes: Synthesis and Applications.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (13), 2904-2939 (2011).</li>
<li>Macdonald, T. J., Xu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.mdpi.com/2079-4991/4/2/256">NiO Nanofibers as a Candidate for a Nanophotocathode.</a> Nanomaterials. 4 (2), 256-266 (2014).</li>
<li>Chuangchote, S., Sagawa, T., Yoshikawa, S. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2958347?journalCode=apl">Efficient dye-sensitized solar cells using electrospun TiO2 nanofibers as a light harvesting layer.</a> Appl Phys Lett. 93 (3), 033310(2008).</li>
<li>Li, D., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200400719/abstract">Electrospinning of Nanofibers: Reinventing the Wheel?</a> Adv Mat. 16 (14), 1151-1170 (2004).</li>
<li>Li, W. J., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospun+nanofibrous+structure%3A+A+novel+scaffold+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Mat+Res%22%5BJournal%5D)">Electrospun nanofibrous structure: A novel scaffold for tissue engineering.</a> J Biomed Mat Res. 60 (4), 613-621 (2002).</li>
<li>Jia, H., Zhu, G., Vugrinovich, B., Kataphinan, W., Reneker, D. H., Wang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enzyme-Carrying+Polymeric+Nanofibers+Prepared+via+Electrospinning+for+Use+as+Unique+Biocatalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Prog%22%5BJournal%5D)">Enzyme-Carrying Polymeric Nanofibers Prepared via Electrospinning for Use as Unique Biocatalysts.</a> Biotechnol Prog. 18 (5), 1027-1032 (2002).</li>
<li>Mai, L., Xu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospun+Ultralong+Hierarchical+Vanadium+Oxide+Nanowires+with+High+Performance+for+Lithium+Ion+Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Electrospun Ultralong Hierarchical Vanadium Oxide Nanowires with High Performance for Lithium Ion Batteries.</a> Nano Letters. 10 (11), 4750-4755 (2010).</li>
<li>Cai, J., Niu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Performance+Supercapacitor+Electrode+Materials+from+Cellulose-Derived+Carbon+Nanofibers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mat+Interfaces%22%5BJournal%5D)">High-Performance Supercapacitor Electrode Materials from Cellulose-Derived Carbon Nanofibers.</a> ACS Appl Mat Interfaces. 7 (27), 14946-14953 (2015).</li>
<li>Joshi, P., Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2010/EE/c0ee00068j#!divAbstract">Composite of TiO2 nanofibers and nanoparticles for dye-sensitized solar cells with significantly improved efficiency.</a> Energ Environ Sci. 3 (10), 1507-1510 (2010).</li>
<li>Macdonald, T. J., Tune, D. D., Dewi, M. R., Gibson, C. T., Shapter, J. G., Nann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+TiO2+Nanofiber-Carbon+Nanotube-Composite+Photoanode+for+Improved+Efficiency+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">A TiO2 Nanofiber-Carbon Nanotube-Composite Photoanode for Improved Efficiency in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> ChemSusChem. 8 (20), 3396-3400 (2015).</li>
<li>Teo, W. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTeo%2C+WE+%22Electrospinning+parameters+and+fiber+control%22">Electrospinning parameters and fiber control</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://electrospintech.com/hb-espinparameters.html ">http://electrospintech.com/hb-espinparameters.html </a> (2015).</li>
</ol>

著者は何も開示することはない。

この研究で提示された方法は、DSSCのような光触媒装置のための効率的なナノファイバー光アノードの製造を記載している。エレクトロスピニングは、ナノファイバーの製造のための非常に汎用性の高い技術であるが、最適な形態を有する材料を得るためには、あるレベルの技術および知識が必要である。良好なナノファイバーを得るための最も重要な側面の1つは、前駆体溶液の調製である。キャリアポリマーの濃度およびチタン前駆体の選択などのいくつかの重要な要因があり、最終構造に決定的な影響を及ぼす可能性がある。材料。低濃度の担体ポリマーは、ビーズの形成またはナノ繊維構造の完全な欠如をもたらす。一方、濃度が高すぎると、溶液の粘度が過度に上昇し、ナノファイバーの直径が増大し、結果的に表面積および電荷移動度が低下する。無機プレカーソルは非常に可溶性でなければならず、溶液の他の成分の存在下で反応したり、分解してはならない。望ましくない副生成物を残すことなく、最終材料に容易に焼成しなければならない。 器械的パラメータ（ すなわち、電圧、先端からコレクタまでの距離、および針の直径）もまた、ナノ繊維の形態に重要...

色素増感型太陽電池（DSSC）は、低コスト、比較的簡単な製造プロセス、および大規模生産の容易さのおかげで、シリコンベース太陽電池1の興味深い代替物です。もう1つの利点は、シリコンベースの太陽電池2に比べて明確な利点であるフレキシブル基板に組み込まれる可能性です。典型的なDSSCは、（1）光収穫層として色素で増感されたナノ粒子TiO 2光アノード、 （2）対極として使用されるPt被覆FTO、 （3）2つの電極の間に配置され、「正孔伝導媒体」として作用する酸化還元対を含む電解質、例えばI - / I 3- -を含む。 DSSCは15％ 3の効率を上回っているが、ナノ粒子ベースの光アノードの性能は、依然として、遅い電子移動を含む多くの制限によって依然として阻害されているy 4 、低エネルギー光子5の吸収不良、および電荷再結合6 。電子収集効率は、TiO 2ナノ粒子層を通る電子輸送速度に強く依存する。電荷の拡散が遅い場合、電解質溶液中でのI 3 -との再結合の確率が増加し、結果として効率が低下する。 ナノ粒子TiO 2を一次元（1D）TiO 2ナノアーキテクチャに置き換えることにより、相互接続されたTiO 2ナノ粒子7の粒界からの自由電子の散乱を低減することによって、電荷輸送を改善できることが示されている。 1Dナノ構造が電荷収集のためのより直接的な経路を提供するので、ナノファイバー（NF）における電子輸送は、ナノ粒子8よりも著しく速いことが期待され、 </sup&gt; 9 。 エレクトロスピニングは、サブミクロンの直径を有する繊維材料の製造に最も一般的に使用される方法の1つである10 。この技術は、紡糸口金を通してポリマー溶液ジェットの噴出を誘導するために高電圧を使用することを含む。曲げの不安定性のために、このジェットは引き続いて何度も引き伸ばされて連続ナノファイバーを形成する。近年、この技術は、組織工学11 、触媒12 、およびリチウムイオン電池13およびスーパーキャパシタ14の電極材料として、多種多様な用途に使用されてきたポリマーおよび無機材料を製造するために広く使用されている。 光アノード中の散乱層としてのエレクトロスピニングされたTiO 2 -NFの使用は、DSSCの性能を高めることができる。しかしながら、ナノ繊維を有する光アノード私たちのアーキテクチャは、表面積の制限のために色素吸収が乏しい傾向がある。これを克服するための解決策の1つは、NFとナノ粒子を混合することです。これは、追加の散乱層をもたらし、光吸収および全体的な効率を改善することが示されている15 。 このビデオで提示されたプロトコールは、電界紡糸法とゾル - ゲル法との組み合わせ、次いで焼成工程を経ることにより、超長時間TiOナノファイバーを合成する簡単な方法を提供する。このプロトコルは、ドクターブレーディング技術を用いて光散乱能を高めた二重層光アノードを製造するためのナノ粒子TiO 2と組み合わせたTiO 2 -NFの使用、およびこのようなフォトアノード。

<table><tbody><tr><td>チタン(IV) n-ブトキシ</td>ド <td>Sigma-Aldrich</td><td>244112</td><td></td></tr><tr><td>ポリビニルピロリドン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>437190</td><td></td></tr><tr><td>氷酢酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A6283</td><td></td></tr><tr><td>エタノール、絶対</td><td>Fisher Scientific</td><td>E/0650DF/17</td><td></td></tr><tr><td>20 mL サンプルバイアル</td><td>(任意)(</td><td></td><td>またはそれ以上の容量)</td></tr><tr><td>使い捨て21Gニードル</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>P150グリットサンドペーパー</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr>使い捨て<tr><td>10mLシリンジ</td><td>(任意)(</td><td></td><td>または大容量)</td></tr><tr><td>マグネチックスターラー+攪拌バー</td>(<td>任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PHD 2000シリンジポンプ</td><td>ハーバード装置</td><td>71-2002</td><td>(または1mL / hrフローアルミニウムを出力できる他のシリンジポンプ</td></tr><tr><td>ホイル</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ステンレス製コレクタープレート</td><td>(カスタムメイド)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>高電圧電源</td><td>ガンマハイボルテージリサーチ株式会社</td><td>ES30P-10W</td><td>(または+15kVを出力できるその他の電源</td></tr><tr><td>ポリカーボネート保護シールド</td><td>(カスタムメイド)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>セラミックるつぼ</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>マッフル炉</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>酸化チタン、ナノ粉末</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>718467</td><td></td></tr><tr><td>50 mL 1ネック丸底フラスコ</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>バスソニケーター</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>テルピネオール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ロータリーエバポレーター</td><td>(一部)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTO ガラス</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>粘着テープ</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>カミソリ刃</td><td>(任意)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SEM</td><td>JEOL</td><td>6500F</td><td></td></tr><tr><td>XRD</td><td>PANalytical&nbsp;</td><td>X'pert Pro</td><td></td></tr><tr><td>四塩化チタン</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>シーリング フィルム</td><td>Dyesol</td><td>Meltonix 1170-25</td><td></td></tr><tr><td>PTコーティングFTO</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>1-propyl-3-methylimidazolium iodide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>49637</td><td></td></tr><tr><td>ヨウ素</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>207772</td><td></td></tr><tr><td>ベンズイミダゾール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>194123</td><td></td></tr><tr><td>3-メトキシプロピオニトリル</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65290</td><td></td></tr><tr><td>デジタルソースメーター</td><td>ケースレー</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>ソーラーシミュレータ</td><td>アベットテクノロジー</td><td>ズ 10500</td><td></td></tr></tbody></table>

色素増感太陽電池用光触媒電極のエレクトロスピニング

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

この研究は、商業的に入手可能な二酸化チタンからなるブロッキング層の上にエレクトロスピニングされた二酸化チタンナノファイバー（TiO 2 -NF）からなる光散乱層からなる、色素増感太陽電池のための繊維ベースの光アノードを製造するためのプロトコールを実証しているナノ粒子（TiO 2 -NP）。これは、エタノール中のチタン（IV）ブトキシド、ポリビニルピロリドン（PVP）、および氷酢酸の溶液を最初にエレクトロスピニングして、複合PVP / TiO 2ナノファイバーを得ることによって達成される。これらを500℃で焼成してPVPを除去し、純粋なアナターゼ相チタニアナノファイバーを得る。この材料は、走査型電子顕微鏡（SEM）および粉末X線回折（XRD）を用いて特徴付けられる。フォトアノードは、先ずドクターブレーディング技術を用いてフッ素ドープ酸化スズ（FTO）ガラススライド上にTiO 2 -NP /テルピネオールスラリーを堆積させることによってブロッキング層を作成することによって調製される。その後の熱処理500℃で行う。次いで、光散乱層は、同じ技術を用いて同じスライド上にTiO 2 -NF 3 /テルピネオールスラリーを堆積させ、500℃で再び焼成することによって形成される。光陽極の性能は、色素増感太陽電池を製造し、0.25-1日の入射光密度の範囲でJV曲線を介してその効率を測定することによって試験される。

SEM、X線光電子分光法（XPS）、およびXRDを用いて、TiO 2ナノファイバーを特徴付けた。光アノードのナノ構造をSEMを用いて特徴付けた。組み立てられたDSSCの性能は、ソーラーシミュレーターおよびソース測定ユニットを用いて試験された。 図1AのSEM画像は、このプロトコルを使用して合成されたナノファイバーが、多孔質構造および高いアスペクト比を有することを示す。それらは、長さが数マイクロメートルまでで、直径が数百ナノメートルだけである。 図1Bの断面図は、3つの層を示している：最上層はTiO 2 -NFの繊維状散乱層であり、第2層はTiO 2 -NPペーストの遮断層であり、最下層はFTO基板である。両...

このプロジェクトの全体的な目標は、色素増感型太陽電池の性能を改善したフォトアノードを製造するためにエレクトロスピニングを使用することでした。

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

本研究の全体的な目的は、エレクトロスピン法を用いて、性能を向上させた色素感応太陽電池用のフォトアノードを作製することです。ナノ材料は非常に有用であり、対応するバルク材料では見られない化学的および物理的特性を示します。しかし、ナノ材料を用いてデバイスを作製しようとすると、非常に困難になる場合があります。このビデオでは、一次元の無機ナノファイバーを作製し、それらを太陽電池デバイスに利用する方法を紹介します。ナノファイバーの方向性により、単にナノ結晶材料を用いたデバイスと比較して、デバイスの性能が大幅に向上します。前駆体溶液を調製するため、絶対エタノール 10 milliliters、氷酢酸 1 milliliter、二酸化チタン 5 grams、およびPVP 1 gramをサンプルバイアルに入れます。溶液が均一になり、気泡が見られなくなるまで混合してください。一次元ナノ構造を得るために、エレクトロスピン法を用います。数マイクロメートルの長さで直径が数百ナノメートルのみのナノファイバーを得ることができる、シンプルながら非常に巧みな手法です。電界紡糸（エレクトロスピニング）プロセスに使用するニードルを準備するには、21ゲージのニードルの先端をカットし、先端が完全に平らになるまで中目程度のサンドペーパーで研磨します。前駆体溶液をシリンジに充填し、シリンジポンプにセットします。コレクタープレートをアルミホイルで包み、装置の周囲に保護シールドを設置します。針とコレクタープレートの間の距離は20 centimetersに設定してください。コレクターを接地し、針を電源に接続します。シリンジポンプの流量を1 mL/hに設定し、ポンプを開始します。針先に溶液が現れた直後に高電圧電源をオンにし、15 kVに設定します。この時点で、プレート上にファイバーが収集されます。これは、目的の繊維マットの厚さが得られるまで、必要な時間だけ動作させたままにすることができます。紡糸が完了したら、高電圧電源を切り、コレクタープレートから箔を取り除きます。繊維を一晩静置させると、コレクタープレートから剥がしやすくなります。剥離させた繊維をるつぼに入れ、温度上昇率を毎分5°Cとして500°Cまで加熱し、2時間保持することでPVPを除去し、純粋なTiO2ナノファイバーを作製します。フォトアノードの作製には、市販の二酸化チタンナノ粒子で作られたブロッキング層の上に、二酸化チタンナノファイバーからなる光散乱層を配置する必要があります。これは、基板での電荷蓄積を防ぐために不可欠です。まず、丸底フラスコに500 milligramsの二酸化チタンナノ粒子と20 milsのエタノールを加えます。別のフラスコで、500 milligramsのエレクトロスピニング二酸化チタンナノファイバーをさらに20 milsのエタノールと混合します。これらの溶液をバス型超音波洗浄機を用いて2時間超音波処理します。均一な混合物が得られたら、各フラスコにterpineolを2 mL加え、さらに15分間超音波処理します。最後に、エバポレーターを用いて溶媒を蒸発させ、スラリーを得ます。ダイヤモンドガラスカッターを使用して、FTOスライドを2 cm × 2 cmの正方形に切断します。ガラススライドに粘着テープを貼り、中心部の0.4平方センチメートルの領域を露出させます。ガラススライドの中心に、二酸化チタンナノ粒子スラリーを数滴滴下します。カミソリの刃を使用して、露出した領域にスラリーを均一に広げます。均一なコーティングが完了したら、粘着テープを慎重に剥がします。次に、光アノードを電気炉に入れ、500 °Cで2時間加熱します。同じガラススライド上でこの工程を繰り返し、今度はナノファイバースラリーを用いて光散乱層を堆積させます。複合フォトアノードを再び500 ℃で2時間焼成します。ナノファイバーの特性評価にはSEMおよびXRDを用い、その後、ナノファイバーの性能を検証するために色素増感太陽電池に組み込みます。走査電子顕微鏡用の試料を準備するため、顕微鏡用スタブに導電性カーボンテープを貼り付けます。次に、少量のナノファイバーを慎重にテープ上に配置します。スタブをサンプルホルダーに取り付け、装置の交換チャンバー内に降ろします。それに合わせて、装置の条件およびパラメータを設定してください。材料の全体的な形態が表示されるように、サンプルの画像を収集します。SEM画像により、繊維が多孔質構造であり、アスペクト比が高いことが示されます。X線回折による特性評価の準備として、一部のナノファイバーを緩やかに研磨して微粉末にし、XRDステージ上に均一に広げます。サンプルを回折計にロードします。測定パラメータを設定し、データの収集を開始します。回折図には、二酸化チタンのアナターゼ相に対応する一連のピークが表示されます。太陽電池を調製するには、まずTiO2フォトアノードを75 °Cで45分間、TiCl4水溶液で処理します。処理後、フォトアノードをイオン水で洗浄します。乾燥させた後、暗所でRuthenizer N719と無水エタノールの溶液中で24時間感光させます。感作したフォトアノードをエタノールで洗浄し、TiO2フォトアノード表面から過剰な色素分子を除去します。密封フィルムは、対極とフォトアノードの間の熱可塑性ガスケットとして使用されます。すべての太陽電池には、白金コートFTOの対極を使用します。組み立てた太陽電池を100 °Cで15分間加熱し、ガスケットを密閉します。真空充填法を用いて、太陽電池の内部空間にレドックスメディエーターを添加します。AM 1.5 Gフィルターを通過させたキセノンアーク光源による100 mW/cm²の光照射下で、Keithley 2400デジタルソースメーターを使用してJ-V曲線を測定します。光源の照射面は、単結晶シリコン参照セルを用いて校正されます。このビデオでは、無機ナノファイバーを用いた色素増感太陽電池の作製方法を説明しました。この応用に加え、他にも多くの可能性があります。例えば、電池、透明電極、アクティブフィルタなどが挙げられます。詳細については、当社の出版物をご参照ください。このビデオがお役に立ち、学びがあったことを願っております。ご質問やフィードバックがございましたら、ぜひお問い合わせください。

electrospinning-photocatalytic-electrodes-for-dye-sensitized-solar

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

組織工学と細胞培養のためのポリマーをエレクトロスピニングのプロセスは、この記事で取り上げられています。特に、光パターニング及びマルチポリマーエレクトロスピニングの追加の処理能力を持つ光反応性マクロマーのエレクトロスピニングが記載されている。...

組織工学と細胞培養のための繊維状重合体の足場をエレクトロ

エレクトロスピニング技術は、組織工学やその他のアプリケーションのためのナノ繊維足場の様々を作成することができます。ここでは、所望の形態と配置に繊維を得るためにエレクトロソリューションと装置のパラメータを最適化する手順を説明します。一般的な問題とトラブルシューティングのテクニックも紹介されています。...

エレクトロスピニングの基礎：最適化ソリューションと装置のパラメータ

色素増感太陽電池と三重項 - 三重項消滅アップコンバージョンユニットを組み込んだ集積デバイスは、太陽スペクトルのより広い部分から、強化された集光を得、製造した。控えめな照射レベルの下の低エネルギー光子に有意に増強応答は、色素増感太陽電池の性能指数の記録の図を得、実証された。...

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

この論文は、色素増感太陽電池の製造に対するインクジェット印刷の適合性を調査します。バインダーフリーのTiO2ナノ粒子インクを配合し、FTOガラス基板上に印刷しました。印刷された層は、0.25cm2の活性面積と3.5%の効率を持つセルに作製されました。...

色素増感太陽電池用二酸化チタンのデジタル印刷

このプロトコルは、全血10μL中のタンパク質のフェムトモル検出感度を30分以内に達成する方法を示しています。これは、ラボ・オン・ア・ディスクに統合されたエレクトロスピニング・ナノファイバー・マットを使用することで達成でき、高い表面積と効果的な混合・洗浄によりS/N比が向上します。...

全血からの超高感度のタンパク質検出のための全自動遠心マイクロ流体デバイス

スチルベン系有機染料をコバロキシムコアに直接取り入れ、光触媒H2産生用光感本酸触媒ダイアドを生成しました。また、光触媒アセンブリによる光駆動H2生産を評価するための簡単な実験セットアップを開発しました。...

水性好気性条件下での太陽駆動H2生産用光感センシタイザー・コバロキシムハイブリッドの開発

この論文では、蒸着法を用いてエレクトロスピニングPANナノファイバーを電気活性ポリマーでコーティングする簡単な技術について説明します。酸化剤FeCl₃がPAN上のポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)コーティングの堆積に及ぼす影響を調査し、ナノファイバーマットのポリマー成長、繊維径、および全体的な機械的強度を理解し、最適化しました。...

エレクトロスピニング商品ポリマーナノファイバー上への電気活性ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)の気相堆積

双晶構造光触媒を用いた可視光応答性ZnCoS/ZnCdSを作製する合成技術と、H2 発生およびベンズアルデヒド生成における光触媒活性と選択性の光酸化還元反応試験技術を紹介する。...

エネルギー応用における多機能酸化還元光触媒のための双晶構造ZnCoS/ZnCdSの合成と性能評価

このプロトコルは、太陽エネルギーを使用して二酸化炭素と水からグリーン燃料を生産するためのMXene担持CuZnおよびNiCoバイメタル電極触媒の製造と電気化学的分析をガイドします。...

Ti3C2Tx MXene担持CuZnおよびNiCo触媒を使用したCO2および水からの太陽光発電電気化学グリーン燃料製造

ガラス基板上に多結晶シリコン薄膜太陽電池は、結晶化、欠陥のパッシベーションおよびメタライゼーションに続いてホウ素やリンをドープしたシリコン層の堆積によって製造されています。プラズモニック光トラッピングは〜45％の光電流の増強の結果、拡散反射板でキャップシリコン細胞表面上のAgナノ粒子を形成することによって導入されています。...

プラズモニック·強化されたライトトラップによる多結晶シリコン薄膜太陽電池

学ぶエレクトロスピニング法による色素増感太陽電池用光触媒電極の作製。一方向性無機ナノファイバーがナノ結晶材料と比較してデバイス性能を向上させる方法を解説。再生可能エネルギー技術への応用可能性を示す。

色素増感太陽電池用光触媒電極のエレクトロスピニング

さらに動画を探す