염료 감응 태양 전지용 광촉매 전극의 전기 방사

요약

이 프로젝트의 전반적인 목표는 전기 방사를 사용하여 염료 감응 형 태양 전지의 향상된 성능으로 광양자를 제조하는 것이 었습니다.

초록

이 작품은 상업적으로 사용할 수있는 이산화 티탄으로 만든 차단 층 위에 전기 방사 된 이산화 티타늄 나노 섬유 (TiO ₂ -NFs)로 만든 광산란 층으로 구성된 염료 감응 태양 전지용 광섬유 기반 광전지를 제조하기위한 프로토콜을 시연합니다. 나노 입자 (TiO2 _- Np)를 포함한다. 이는 복합 PVP / TiO2 나노 섬유를 얻기 위해 에탄올 내에서 티타늄 (IV) 부톡 사이드, 폴리 비닐 피 롤리 돈 (PVP) 및 빙초산의 용액을 먼저 전기 방사함으로써 달성된다. 그런 다음 이들을 500 ℃에서 하소하여 PVP를 제거하고 순수한 아나타제 상 티타니아 나노 파이버를 얻습니다. 이 물질은 주 사형 전자 현미경 (SEM) 및 분말 X 선 회절 (XRD)을 사용하여 특성화됩니다. photoanode는 닥터 블레이 딩 (doctor blading) 기술을 사용하여 불소가 도핑 된 산화 주석 (FTO) 유리 슬라이드 위에 TiO ₂ -NPs / terpineol 슬러리를 증착하여 차단 층을 먼저 생성하여 준비됩니다. 후속 열처리500 ℃에서 수행한다. 그런 다음 동일한 기술을 사용하여 동일한 슬라이드에 TiO ₂ -NFs / terpineol 슬러리를 증착하고 500 ℃에서 다시 소성하여 광산란 층을 형성합니다. 광 애노드의 성능은 염료 감응 형 태양 전지를 제작하고 0.25-1 일의 입사광 밀도 범위에서 JV 곡선을 통해 효율을 측정함으로써 시험된다.

서론

염료 감응 형 태양 전지 (DSSC)는 저비용, 상대적으로 간단한 제조 공정 및 대규모 생산 용이성 덕분에 실리콘 기반 태양 전지 ¹ 에 대한 흥미로운 대안입니다. 또 다른 이점은 실리콘 기반 태양 전지에 비해 뚜렷한 장점 인 플렉시블 기판에 통합 될 가능성이다. 전형적인 DSSC는 (1) 광 수확 층 (light harvesting layer)으로서 염료로 감작 된 나노 입자 TiO2 광 이온 (photoanode); (2) 상대 전극으로 사용되는 Pt 코팅 된 FTO; 및 (3) "홀 전도성 매질 (hole-conducting medium)"로서 작용하는 두 전극 사이에 배치 된 산화 환원 커플 (예 : I- / I3-)을 함유하는 전해질.

DSSCs가 15 % ³ 의 능가 능을 능가하더라도, nanoparticle 근거한 photanodes의 성과는 느린 전자 기동성을 포함하여 다수 제한에 의해 아직도, 아직도 방해됩니다y ⁴ , 저에너지 광자 ⁵ 의 가난한 흡수 및 전하 재결합 ⁶ . 전자 수집 효율은 TiO2 나노 입자....

프로토콜

1. 전구체 용액 준비

참고 : 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하십시오. 이 과정에서 사용되는 화학 물질 중 일부는 인체에 ​​해롭거나 독성이 있습니다. 나노 물질은 벌크 물질에 비해 추가적인 위험이있을 수 있습니다. 적절한 안전 조치와 개인 보호 장비를 사용하십시오.

1. 시료 바이알에 티타늄 (IV) n- 부톡 사이드 5g, 폴리 비닐 피 롤리 돈 (PVP) 1g, 빙초산 1mL 및 무수 에탄올 10mL를 넣는다.
2. 균일 한 용액이 될 때까지 용액을 혼합하기 위해 자성 교반 판을 사용하여 기포가 관찰되지 않도록하십시오.

2. 나노 섬유의 전기 방사 및 소성

1. 팁이 완전히 평평해질 때까지 중등 급 사포를 사용하여 21G 바늘의 끝 부분을 잘라내어 샌더링하여 전기 방사 프로세스에 사용되는 바늘을 준비합니다.
2. 필요를 채워라.1 회용 10 mL 주사기에 넣으십시오.
3. 일부 전구체 용액을 주사기에 넣고 주사기 펌프에 놓습니다.
4. 알루미늄 포일로 수집 판을 감싸고 바늘 끝 바로 앞에 놓습니다.
   참고 : 바늘에서 판까지의 거리는 20cm가되어야....

결과

TiO2 나노 섬유는 SEM, X- 선 광전자 분광법 (XPS) 및 XRD를 사용하여 특성화 하였다. photoanode의 나노 구조는 SEM을 사용하여 특성화되었다. 조립 된 DSSC의 성능은 솔라 시뮬레이터와 소스 측정 유닛을 사용하여 테스트되었습니다.

그림 1A 의 SEM 이미지는이 프로토콜을 사용하여 합성 된 나노 섬유가 다공성 구조와 높은 종횡비를 가지고 있음을 보여줍니다. 그들은 길이가 수 마이크로 미터에 불과하고 직경이 수백 나노 미터에 불과합니다. 도 1B 의 횡단면은 3 개의 층을 도시한다 : 상부 층은 TiO2 _- NF의 섬유상 산란 층이고, 제 2 층은 TiO2 _- NP 페이스트의 차단 층이고, .......

토론

이 연구에서 제시된 방법은 DSSC와 같은 광촉매 장치를위한 효율적인 나노 파이버 광 노드의 제조를 기술한다. Electrospinning은 나노 섬유 제조에 매우 다양한 기술이지만, 최적의 형태를 가진 물질을 얻으려면 일정 수준의 기술과 지식이 필요합니다. 좋은 나노 섬유를 얻기위한 가장 중요한 측면 중 하나는 전구체 용액의 준비입니다. 캐리어 폴리머의 농도와 티타늄 전구체의 선택과 같은 몇 가지 핵심 요소가 있습니다. 이는 최종 구조에 중요한 영향을 줄 수 있습니다. 재료. 낮은 농도의 담체 중합체는 비드의 형성 또는 나노 섬유 구조의 전체 부재를 유도 할 것이다. 한편, 지나치게 높은 농도는 용액의 점도를 과도하게 증가시키고 결과적으로 표면적 및 전하 이동도의 손실과 함께 나노 섬유의 직경 증가를 초래할 것이다. 무기 사전커서는 고도로 용해 될 필요가 있으며 솔루션의 다른 구성 요소가있는 상태에서 반응하거나 분해해서는 안됩니다. 또한 원하지 않는 부 생성물을 남기지 않고 최종 물질로 쉽게 소석해야합니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
티타늄(IV) n-부톡사이드	시그마-알드리치	244112
폴리비닐피롤리돈	시그마-알드리치	437190
빙초산	시그마-알드리치	A6283
에탄올, 절대	Fisher Scientific	E/0650DF/17
20mL 샘플 바이알	(임의)(		또는 더 큰 용량)
일회용 21G 바늘	(임의)
P150 그릿 사포	(임의)일회용
10mL 주사기	(임의)(		또는 그 이상)
자석 교반기 + 교반 바	(임의)
PHD 2000 주사기 펌프	Harvard Apparatus	71-2002	(또는 1mL/hr 유량을 출력할 수 있는 기타 주사기 펌프
알루미늄 호일	(모든)
스테인레스 스틸 컬렉터 플레이트	(맞춤형)
고전압 전원	감마 고전압 연구, Inc	ES30P-10W	(또는 +15kV
폴리카보네이트 보호 실드	(맞춤형)
도가니	(모든)
머플 용광로	(임의)
이산화티타늄, 나노분말	시그마-알드리치	718467
50 mL 1구 원형 바닥 플라스크	(임의)
수조 초음파 발생기	(임의)
테르피네올	시그마-알드리치
회전 증발기	(임의)
FTO 유리	솔라로닉스	TCO30-10/LI
접착 테이프	(모든)
면도날	(모든)
SEM	JEOL	6500F
XRD	PANalytical	X'pert Pro
티타늄 테트라클로라이드	Sigma-Aldrich	89545
Ruthenizer  535-bisTBA	Solaronix	N719
밀봉 필름	Dyesol	Meltonix 1170-25
Pt-coated FTO	Solaronix	TCO30-10/LI
1-propyl-3-methylimidazolium iodide	Sigma-Aldrich	49637
요오드	시그마-알드리치	207772
벤즈이미다졸	시그마-알드리치	194123
3-메톡시프로피오니트릴	시그마-알드리치	65290
디지털 소스 미터	Keithley	2400
솔라 시뮬레이터	Abet 기술	10500

) 를 출력할 수 있는 기타 전원 공급 장치세라믹