Het algemene doel van dit project was om elektrospinning te gebruiken om een fotoanode te vervaardigen met verbeterde prestaties voor kleurstofgevoeligte zonnecellen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Elektrospinning van fotokatalytische elektroden voor kleurstofgevoeligte zonnecellen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Dit werk demonstreert een protocol voor het vervaardigen van een vezelgebaseerde fotoanode voor kleurstofgevoeligte zonnecellen, bestaande uit een lichtverstrooiende laag gemaakt van elektrospun titaandioxide nanofibers (TiO 2 -NFs) bovenop een blokkerende laag gemaakt uit commercieel verkrijgbaar titaandioxide Nanodeeltjes (TiO2 -NPs). Dit wordt bereikt door eerst een oplossing van titanium (IV) butoxide, polyvinylpyrrolidon (PVP) en ijsazijn in ethanol te spinnen om samengestelde PVP / TiO 2 nanofibers te verkrijgen. Deze worden vervolgens bij 500 ° C gecalcineerd om de PVP te verwijderen en zuivere anatasefase titanium nanofibers te verkrijgen. Dit materiaal wordt gekenmerkt door gebruik van scan-elektronenmicroscopie (SEM) en poederröntgendiffractie (XRD). De fotoanode wordt bereid door eerst een blokkerende laag te creëren door de afzetting van een TiO 2 -NPs / terpineol-slurry op een fluordoophoudende tinoxide (FTO) glijschuif met behulp van arts blaadtechnieken. Een volgende thermische behandelingWordt uitgevoerd bij 500 ° C. Vervolgens wordt de lichtverstrooiingslaag gevormd door een TiO2 -NFs / terpineol-suspensie op dezelfde dia op te zetten, volgens dezelfde techniek, en opnieuw te calcineren bij 500 ° C. De prestatie van het fotoanode wordt getest door een kleurstofgevoelig zonnecel te fabriceren en de efficiëntie ervan te meten door middel van JV-curven onder een bereik van invallende lichtdichtheden, van 0,25-1 Zon.
Inleiding
Kleurstofgevoelige zonnecellen (DSSC's) zijn een interessant alternatief voor silicium-gebaseerde zonnecellen 1 dankzij hun lage kosten, relatief eenvoudig productieproces en het gemak van grootschalige productie. Een ander voordeel is hun potentie om in flexibele ondergronden te worden opgenomen, een duidelijk voordeel ten opzichte van silicium gebaseerde zonnecellen 2 . Een typisch DSSC maakt gebruik van: (1) een nanoparticulaire TiO 2 fotoanode, gevoelig met een kleurstof, als een lichtopnamende laag; (2) een Pt-gecoate FTO, gebruikt als een tellerelektrode; En (3) een elektrolyt die een redoxpaar, zoa....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Voorbereiding van de precursoroplossing
OPMERKING: Raadpleeg al de relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS) voor gebruik. Verscheidene van de in deze procedure gebruikte chemicaliën zijn schadelijk en / of giftig voor de mens. Nanomaterialen kunnen extra gevaren hebben in vergelijking met hun bulk tegenhangers. Gebruik de passende veiligheidsmaatregelen en persoonlijke beschermingsmiddelen.
- Plaats 5 g titanium (IV) n-butoxide, 1 g polyvinylpyrrolidon (PVP), 1 ml ijsazijn en 10 ml absolute ethanol in een monsterflesje.
- Gebruik een magnetische roerplaat om de oplossing te mengen tot het homogeen is geworden en ge....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De Ti02-nanofibers werden gekenmerkt door gebruik te maken van SEM, röntgenfoto-elektronen spectroscopie (XPS) en XRD. De nano-structuur van het fotoanode werd gekenmerkt door gebruik te maken van SEM. De uitvoering van de gemonteerde DSSC werd getest met behulp van een zonne-simulator en een bron meeteenheid.
Het SEM-beeld in Figuur 1A laat zien dat de nanofibers die met dit protocol zijn gesynth.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De methoden die in dit werk worden gepresenteerd beschrijven de fabricage van efficiënte nanofibiele fotoanoden voor fotokatalytische apparaten zoals DSSC's. Electrospinning is een zeer veelzijdige techniek voor het vervaardigen van nanofibers, maar een bepaald niveau van bekwaamheid en kennis is nodig om materialen met optimale morfologieën te verkrijgen. Een van de meest kritische aspecten om goede nanofibers te verkrijgen is de voorbereiding van de voorloperoplossing. Er zijn enkele belangrijke factoren, zoals de.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
De auteurs hebben geen erkenningen.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| titanium(IV) n-butoxide | Sigma-Aldrich | 244112 | |
| Polyvinylpyrrolidon | Sigma-Aldrich | 437190 | |
| ijzig azijnzuur | Sigma-Aldrich | A6283 | |
| Ethanol, absoluut | Fisher Scientific | E/0650DF/17 | |
| 20 mL-monsterflesjes | (willekeurig) | (of groter volume) | |
| wegwerpnaald 21G | (willekeurig) | ||
| Schuurpapier P150 | (willekeurig) | ||
| wegwerpspuit 10mL | (willekeurig) | (of groter volume) | |
| magneetmixer + roerstaaf | (willekeurig) | ||
| PHD 2000-spuitpomp | Harvard Apparatus | 71-2002 | (of een andere spuitpomp die in staat is om een stroom van 1mL/uur te produceren) |
| Aluminiumfolie | (willekeurig) | ||
| Verzamelaarsplaat van roestvrij staal | (op maat gemaakt) | ||
| Hoge spanning voedingsbron | Gamma High Voltage Research, Inc | ES30P-10W | (of een andere voeding die in staat is om +15 kV uit te voeren) |
| Polycarbonaat beschermingsschild | (op maat gemaakt) | ||
| Keramische tiegel | (willekeurig) | ||
| Muffelooven | (willekeurig) | ||
| Titaniumdioxide, nanopoeder | Sigma-Aldrich | 718467 | |
| 50 mL ronde bodemkolven met 1 hals | (willekeurig) | ||
| Ultrasone bad | (willekeurig) | ||
| Terpineol | Sigma-Aldrich | ||
| Rotorevap | (willekeurig) | ||
| FTO-glas | Solaronix | TCO30-10/LI | |
| Zelfklevende tape | (willekeurig) | ||
| Veiligheidsmes | (willekeurig) | ||
| SEM | JEOL | 6500F | |
| XRD | PANalytical | X'pert Pro | |
| Titaniumtetrachloride | Sigma-Aldrich | 89545 | |
| Ruthenizer 535-bisTBA | Solaronix | N719 | |
| Afdichtfolie | Dyesol | Meltonix 1170-25 | |
| Pt-gecoat FTO | Solaronix | TCO30-10/LI | |
| 1-propyl-3-methylimidazoliumjodide | Sigma-Aldrich | 49637 | |
| Jodium | Sigma-Aldrich | 207772 | |
| Benzimidazool | Sigma-Aldrich | 194123 | |
| 3-Methoxypropionitril | Sigma-Aldrich | 65290 | |
| Digitaal bronmeter | Keithley | 2400 | |
| Zonnesimulator | Abet technologies | 10500 |
Referenties
- 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.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
