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Engineering

डाई-संवेदीकृत सौर कोशिकाओं के लिए फोटोकेटलाइटिक इलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोस्पिनिंग

Published: June 28, 2017 doi: 10.3791/55309
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1The MacDiarmid Institute for Advanced Materials & Nanotechnology, School of, Victoria University of Wellington, 2Department of Chemistry, University College London

Summary

इस परियोजना का समग्र लक्ष्य रंग-संवेदी सौर कोशिकाओं के लिए बेहतर प्रदर्शन के साथ फोटोएनोड तैयार करने के लिए इलेक्ट्रोस्पिनिंग का उपयोग करना था।

Abstract

यह काम, डाई-संवेदीकृत सौर कोशिकाओं के लिए फाइबर आधारित फोटोएन्डोड तैयार करने के लिए एक प्रोटोकॉल को दर्शाता है, जिसमें व्यावसायिक रूप से उपलब्ध टाइटेनियम डाइऑक्साइड के अवरुद्ध स्तर के ऊपर इलेक्ट्रोस्पन टाइटेनियम डाइऑक्साइड नैनोफिबर (टीओओ 2- एनएफएस) से बने प्रकाश-बिखरने की परत शामिल है नैनोकणों (तिओ 2- एनपी) यह पहले पीवीपी / टीओओ 2 नैनोफिबर प्राप्त करने के लिए इथनॉल में टाइटेनियम (4) बोनोक्साइड, पॉलीविनालीप्रोलीओडोन (पीवीपी), और हिमनदों के एसिटिक एसिड का एक पहला इलेक्ट्रोस्पिनिंग करके हासिल किया गया है। इन्हें तब पीएलपी हटाने के लिए 500 डिग्री सेल्सियस पर कैलक्लाइंड किया जाता है और शुद्ध एनाटास चरण टाइटियाना नैनोफिबर प्राप्त करने के लिए। इस सामग्री को स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) और पाउडर एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) का उपयोग किया जाता है। फोटोएन्डोड पहले ब्लॉकींग लेयर को टियो 2- एनएपी / टेरपिनोल स्लरी के ब्योरा के माध्यम से तैयार किया जाता है, जिसमें फ्लोरीन-डीपीड टिन ऑक्साइड (एफटीओ) ग्लास स्लाइड पर चिकित्सक ब्लडिंग तकनीकों का उपयोग किया जाता है। एक बाद में थर्मल उपचार500 डिग्री सेल्सियस पर किया जाता है फिर, प्रकाश-बिखरने की परत एक ही तकनीक पर टीओओ 2- एनएफएस / टेरपिनोल स्लरी जमा करके, उसी तकनीक का उपयोग करके, और फिर 500 डिग्री सेल्सियस पर कैलटेटिंग करके बनाई जाती है। फोटोएनोड के प्रदर्शन को डाई-सेंसिटिज्ड सौर सेल तैयार करना और जेवी घटता के माध्यम से अपनी दक्षता को मापने के लिए परीक्षण प्रकाश घनत्व की एक श्रृंखला के तहत, 0.25-1 से सूरज की जांच की जाती है।

Introduction

डाई-संवेदी सौर कोशिकाओं (डीएसएससी) सिलिकॉन-आधारित सौर कोशिकाओं के लिए एक दिलचस्प विकल्प हैं 1 उनकी कम लागत के कारण, अपेक्षाकृत सरल विनिर्माण प्रक्रिया और बड़े पैमाने पर उत्पादन में आसानी। एक और लाभ, लचीला सबस्ट्रेट्स में शामिल होने की उनकी क्षमता है, सिलिकॉन-आधारित सौर कोशिकाओं 2 पर एक विशिष्ट लाभ एक ठेठ DSSC का उपयोग करता है: (1) एक नैनोपार्टीक्यूलेट टीओओ फोटोनोड, एक डाई के साथ संवेदी, हल्के-कटाई परत के रूप में; (2) एक पीटी लेपित एफटीओ, एक काउंटर इलेक्ट्रोड के रूप में प्रयोग किया जाता है; और (3) एक इलेक्ट्रोलाइट जिसमें एक रेडॉक्स जोड़ी है, जैसे कि I - / I 3 - , दो इलेक्ट्रोड के बीच रखा जाता है, जो "छेद-संचालन माध्यम" के रूप में काम करता है।

हालांकि डीएसएससी ने 15% 3 की क्षमता को पार कर लिया है, नैनोपेण्टिकल आधारित फोटोएंडोड के प्रदर्शन को अभी भी धीमी गति से इलेक्ट्रान गबनबद्ध सहित कई सीमाओं से बाधित हैवाई 4 , कम ऊर्जा फोटॉनों का कम अवशोषण 5 , और चार्ज पुनर्संयोजन 6 । इलेक्ट्रॉन संग्रह दक्षता दृढ़ता से टियो 2 नैनोपैचर परत के माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन की दर पर निर्भर करता है। अगर चार्ज प्रसार धीमा है, तो इलेक्ट्रोलाइट समाधान में I 3 के साथ पुनर्संयोजन की संभावना बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप दक्षता कम होती है।

यह दिखाया गया है कि एक-आयामी (1 डी) टीओओ 2 नैनोर्किटक्चर्स के साथ नैनोटेक्टेक्यूलेट टीओओ 2 को बदलने से प्रभारी परिवहन में सुधार हो सकता है जिससे आपस में जुड़े टीओओ 2 नैनोकणों 7 की अनाज की सीमाओं से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की बिखरने को कम किया जा सकता है। चूंकि 1 डी नैनोस्ट्रक्चर चार्ज संग्रह के लिए एक अधिक सीधा मार्ग प्रदान करते हैं, हम अपेक्षा कर सकते हैं कि नैनोफायर्ब्स (एनएफ़) में इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट 8 नैनोकणों की तुलना में काफी तेज होगा , 9

इलेक्ट्रोस्पिनिंग उप माइक्रोन व्यास 10 के साथ रेशेदार सामग्री के निर्माण के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला एक तरीका है। इस तकनीक में स्पिननेर के माध्यम से एक बहुलक समाधान जेट के इग्जाशन को प्रेरित करने के लिए उच्च वोल्टेज का इस्तेमाल होता है। झुकने अस्थिरता के कारण, इस जेट को लगातार कई नैनोफिबर बनाने के लिए कई बार फैला हुआ है हाल के वर्षों में, इस तकनीक को बड़े पैमाने पर पॉलिमरिक और अकार्बनिक सामग्री तैयार करने के लिए उपयोग किया गया है, जिसका उपयोग कई और विविध अनुप्रयोगों के लिए किया गया है, जैसे टिशू इंजीनियरिंग 11 , उत्प्रेरितता 12 , और लिथियम आयन बैटरी 13 और सुपरकैैकैक्ट्रीटर्स 14 के लिए इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में।

फोटोएनोड में बिखराव परत के रूप में इलेक्ट्रोस्पन टीओ 2- एनएफ का उपयोग डीएसएससी के प्रदर्शन को बढ़ा सकता है। हालांकि, nanofibro के साथ photoanodesसतह-क्षेत्र की सीमाओं के कारण हमारे आर्किटेक्चर में खराब डाई अवशोषण होते हैं। इस पर काबू पाने के लिए संभावित समाधानों में से एक एनएफएस और नैनोकणों को मिलाकर करना है। इसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त बिखराव परतों में परिणाम दिखाया गया है, प्रकाश अवशोषण में सुधार और समग्र दक्षता 15

इस वीडियो में प्रस्तुत प्रोटोकॉल electrospinning और सोल-जेल तकनीक के संयोजन के माध्यम से अल्ट्रालोन टीओओ 2 नैनोफिबर्स को संश्लेषित करने के लिए एक सहज विधि प्रदान करता है, जिसके बाद कैल्शिन प्रक्रिया की जाती है। प्रोटोकॉल तब टीओओ 2- एनएफ के उपयोग के साथ-साथ दोहरी-परत photoanode के निर्माण के लिए nanoparticulate TiO 2 के साथ वर्णन करता है कि डॉक्टर ब्लेडिंग तकनीकों का उपयोग करते हुए बढ़ाया प्रकाश-बिखरने की क्षमता के साथ-साथ डीएसएससी के बाद के विधानसभा photoanode।

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Protocol

1. प्रीस्कर्स समाधान तैयारी

नोट: कृपया उपयोग करने से पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डेटा शीट (एमएसडीएस) से परामर्श करें। इस प्रक्रिया में इस्तेमाल किए गए कई रसायनों हानिकारक और / या मनुष्यों के लिए विषैले हैं। उनके थोक समकक्ष की तुलना में नैनो सामग्रियों के अतिरिक्त खतरा हो सकते हैं कृपया उचित सुरक्षा उपायों और व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण का उपयोग करें

  1. टाइटेनियम (चतुर्थ) एन-बायोक्साइड के 5 ग्राम, पॉलीविनालीप्रोलीओडोन (पीवीपी) के 1 ग्राम, हिमनदों के एसिटिक एसिड के 1 एमएल, और एक नमूना शीशी में 10 एमएल का पूर्ण एथेनॉल रखें।
  2. एक चुंबकीय सरगर्मी थाली का उपयोग करने के लिए समाधान मिश्रण जब तक यह सजातीय बन गया है और कोई बुलबुले नहीं देखा जा सकता है।

2. नैनोफिबरों के इलेक्ट्रोस्पिनिंग और कैल्सीनेशन

  1. एक 21 जी सुई की टिप काटकर इलेक्ट्रिकस्पिनिंग प्रक्रिया के लिए इस्तेमाल की गई सुई तैयार करें और टिप पूरी तरह से सपाट होने तक मध्यम-ग्रेड के सैंडपैड का उपयोग करके इसे रेत कर दें।
  2. आवश्यकता को माउंट करेंएक डिस्पोजेबल 10 एमएल सिरिंज पर ले।
  3. सिरिंज में कुछ अग्रदूत समाधान लोड करें और इसे सिरिंज पंप पर रखें।
  4. एल्यूमीनियम पन्नी में कलेक्टर प्लेट लपेटें और इसे सुई टिप के सामने सीधे रखें।
    नोट: प्लेट में सुई की दूरी 20 सेमी होनी चाहिए।
  5. कलेक्टर प्लेट को जमीन पर और सुई को उच्च-वोल्टेज पावर स्रोत से कनेक्ट करें।
  6. सेटअप के चारों ओर सुरक्षात्मक ढाल रखें
  7. सिरिंज पंप पर प्रवाह दर 1 एमएल / एच तक सेट करें और पम्पिंग शुरू करें।
  8. जैसे ही कुछ समाधान सुई की नोक पर दिखाई देते हैं, उच्च वोल्टेज स्रोत को चालू करें और इसे 15 केवी तक सेट करें।
    नोट: इस बिंदु पर, फाइबर प्लेट पर इकट्ठा करने जा रहे हैं। फाइबर चटाई की वांछित मोटाई को प्राप्त करने के लिए सेटअप को तब तक चलना छोड़ देना चाहिए
  9. कताई पूरा होने के बाद, उच्च वोल्टेज स्रोत और सिरिंज पंप बंद करें। कलेक्टर प्लेट से पन्नी निकालें
  10. तंतुओं को आराम देंरातोंरात और फिर एल्यूमीनियम पन्नी बंद उन्हें छील।
  11. खुली रेशों को एक क्रूसिबल में रखें और एक घोंसला भट्टी में रखें।
  12. फाइबर को 5 डिग्री / मिनट तक 500 डिग्री सेल्सियस तक सेट करके और 2 घंटे के लिए पीवीपी निकालने और शुद्ध टीओओ 2 नैनोफिबर का उत्पादन करने के लिए फाइबर को कैल्सीनेट करें।
  13. एक बार कैल्शिन प्रक्रिया पूरी हो जाने पर, भट्ठी को तब तक बंद कर दें जब तापमान थर्मल झटका से बचने के लिए तापमान 80 डिग्री सेल्सियस से कम हो जाता है, जिससे फाइबर को नुकसान हो सकता है।

3. इलेक्ट्रोड निर्माण

  1. Slurries की तैयारी
    1. 500 मिलीग्राम टाइटेनियम डाइऑक्साइड पेस्ट को 20 मिलीलीटर इथेनॉल को एक गोल-तली हुई फ्लास्क में जोड़ें।
    2. एक अलग फ्लास्क में, इलेक्ट्रोस्पुन टीओओ 2- एनएफ के 500 मिलीग्राम का एक और 20 एमएल एथेनॉल मिलाएं।
    3. एक स्नान ध्वनिकार का उपयोग करके 2 घंटे के लिए समाधानों को दोहराएं।
    4. एक बार वर्दी मिलाए जाने के बाद, प्रत्येक फ्लास्क के लिए 2 एमएल की टेरपिनोल और एक के लिए sonicate जोड़ेंअन्य 15 मिनट
    5. स्लरी को प्राप्त करने के लिए रोटरी बाष्पीकरणकर्ता का उपयोग करके दोनों फ्लास्क से विलायक का लुप्त हो जाना।
  2. डॉक्टर ब्लडिंग और सीनेटरिंग
    1. एक हीरे के कांच के कटर का उपयोग करके, एक 2 सेमी x 2 सेमी वर्ग में एक एफटीओ-प्रवाहकीय कांच स्लाइड काट कर।
    2. ग्लास स्लाइड पर चिपकने वाला टेप रखकर कार्य क्षेत्र में एफटीओ स्लाइड को सुरक्षित रखें, केंद्र में उजागर होने वाले 0.4 सेमी 2 क्षेत्र छोड़ दें। अनियमित कोटिंग से बचने के लिए, टेप को दो समानांतर पक्षों पर पहले और फिर दूसरे दो पर रखें।
    3. स्लाइड के उजागर केंद्र पर टियो 2- एनएपी घोल के कुछ बूंद जमा करें।
    4. उजागर क्षेत्र पर समान रूप से घोल को फैलाने के लिए एक रेज़र ब्लेड का उपयोग करें।
    5. एक समान कोटिंग हासिल करने के बाद, चिपकने वाली टेप को ध्यान से हटा दें।
    6. 2 घंटे के लिए 500 डिग्री सेल्सियस पर भट्ठी और सीटर में लेपित स्लाइड रखें।
    7. वही एफटीओ स्लाइड पर 3.2.2-3.2.6 चरणों को दोहराएं, इस समय टीआईओ 2- एनएफ़ स्लरी का उपयोग करने के बजायनैनोकणों, photoanode प्राप्त करने के लिए

4. एनएफ विशेषता

  1. एसईएम लक्षण वर्णन
    1. माइक्रोस्कोप स्टब के लिए चिपकने वाला कार्बन टेप की एक पट्टी संलग्न करके SEM के लिए नमूना तैयार करें। ध्यान से टेप पर छोटी मात्रा में नैनोफिबर्स रखें।
    2. स्टब को एक नमूना धारक पर माउंट करें और इसे उपकरण के विनिमय कक्ष में लोड करें।
    3. साधन की स्थिति और पैरामीटर सेट करें: 20 केवी तक तेजी से वोल्टेज और 10 मिमी तक काम की दूरी तय करें।
    4. नमूना की छवियों को इकट्ठा करें, यह सुनिश्चित करें कि वे सामग्री के संपूर्ण आकारिकी प्रदर्शित करते हैं।
  2. एक्सआरडी लक्षण वर्णन
    1. धीरे से कुछ नैनोफिबर को ठीक पाउडर में पीसकर एक्सआरडी चरण पर समान रूप से फैलाएं।
    2. नमूना को diffractometer में लोड करें।
    3. अधिग्रहण पैरामीटर सेट करें: 10 डिग्री के शुरुआती कोण का उपयोग करें, 80 डिग्री का अंत कोण, एकदा कदम आकार 0.015 °
    4. एक्सआरडी डेटा के अधिग्रहण को प्रारंभ करें

5. सौर सेल निर्माण

  1. 45 मिनट के लिए 75 डिग्री सेल्सियस पर टीआईसीएल 4 के एक जलीय घोल के साथ फोटोएन्डोड का इलाज करें उपचार के बाद, इसे विआयनीकृत पानी से धो लें और इसे सूखा।
  2. सफेद एसिड में रूटेनियम डाई एन719 के 0.5 एमएम समाधान में 24 घंटे के लिए अंधेरे स्थितियों के तहत इसे डुबकी से फोटोएन्डोड को संवेदनशील बनाएं।
  3. फोटोनोड और काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच थर्माप्लास्टिक गैसकेट के रूप में सेवा करने के लिए संवेदी photoanode के शीर्ष पर एक सीलिंग फिल्म रखें।
  4. सीलिंग फिल्म के शीर्ष पर एक पीटी-लेपित एफटीओ काउंटर-इलेक्ट्रोड को केंद्र में एक पूर्व-ड्रिल छेद के साथ रखें, इस तरह दोनों पक्ष एक दूसरे के सामने होते हैं।
  5. 15 मिनट के लिए इकट्ठे सेल गर्मी 100 डिग्री सेल्सियस के लिए गैसकेट सील।
  6. 1-प्रोपिल-3-मेथिलिमिडाजोलियम आयोडाइड (0.8 एम), आयोडीन (0.1 एम) के समाधान से युक्त एक रेडॉक्स मध्यस्थ के कुछ बूंदों को जमा करें,और 3-मेथॉक्सीप्रॉपिओनिट्रल में बैन्ज़िमिडाजोल (0.3 एम), काउंटर इलेक्ट्रोड के पूर्व-ड्रिल छेद के ऊपर।
  7. रेडॉक्स मध्यस्थ को इकट्ठे सेल के आंतरिक स्थान को भरने के लिए वैक्यूम डिसेकेटर में सेल रखें।

6. जेवी वक्र विशेषता

  1. एएम 1.5 जी फ़िल्टर के माध्यम से एक क्सीनन-आर्क स्रोत से 100 मेगावाट / सेमी 2 प्रदीप्ति के तहत एक डिजिटल स्रोत मीटर का उपयोग करके जेवी घटता प्राप्त करें।

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Representative Results

टीओओ 2 नैनोफिब्स की विशेषता एसईएम, एक्सरे फोटोईलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस), और एक्सआरडी का इस्तेमाल किया गया था। फोटोएनोड के नैनोस्ट्रक्चर को एसईएम का इस्तेमाल किया गया था। एकत्रित डीएसएससी का प्रदर्शन एक सौर सिम्युलेटर और एक स्रोत उपाय इकाई का उपयोग करके परीक्षण किया गया था।

चित्रा 1 ए में एसईएम छवि से पता चलता है कि इस प्रोटोकॉल का उपयोग करके संवेदीकृत नैनोफायर्स एक झरझरा संरचना और उच्च पहलू अनुपात है। वे लंबाई में कई माइक्रोमीटर तक हैं और व्यास में केवल कुछ सौ नैनोमीटर हैं। चित्रा 1 बी में क्रॉस-सेक्शन तीन परतों को दर्शाता है: शीर्ष स्तर टीओ 2- एनएफ की रेशेदार बिखरने वाली परत है, दूसरी परत टीओओ 2- एनपी पेस्ट की अवरोधक परत है, और नीचे की तरफ एफटीओ सब्सट्रेट है। दोनों परत लगभग 7 माइक्रोन हैं, जिसके परिणामस्वरूप लगभग कुल फिल्म मोटाई होती हैIMately 14 सुक्ष्ममापी

चित्रा 2 में diffractogram टाइटेनियम डाइऑक्साइड के anatase चरण के अनुरूप चोटियों की एक श्रृंखला को दर्शाता है। स्पेक्ट्रा में तेज चोटियों से पता चलता है कि नैनोफिबर अत्यधिक क्रिस्टलीय हैं, जो इस प्रकार के आवेदन के लिए एक अनुकूल सुविधा है। चित्रा 3 टीओ 2 एनएफ और एनपी फोटोएलेक्ट्रोड के लिए तिवारी 2 पी एक्सपीएस स्पेक्ट्रम दिखाती है। टीओओ 2 को टियर 2 पी चोटियों द्वारा 465 ईवी (टीआई 2 पी (1/2)) और 45 9 ईवी (टीआई 2 पी (3/2)) के बाध्यकारी ऊर्जा पर उपस्थित किया गया था।

चित्रा 4 में जेवी वक्र से पता चलता है कि 1-रवि रोशनी (ठोस रेखा) के तहत, टीओओ 2- एनएफ़ डीएसएससी ने 8.30 एमए / सेमी 2 के एक शॉर्ट-सर्किट वर्तमान घनत्व (जे एससी ) हासिल किया, एक ओपन सर्किट वोल्टेज (वी ओसी ) 0.63 वी का, 56% का एक भरण कारक (एफएफ), और एक शक्ति रूपांतरण दक्षता (पीसीई)2.90% का आगे की जांच के लिए, रोशनी तीव्रता पर सेल प्रदर्शन की निर्भरता (0.25-1 सूर्य से) को मापा गया। चित्रा 5 में विशिष्ट मूल्यों को प्लॉट किया जाता है। जे एस एस रैखिक रूप से 0.75 तक सूर्य ( चित्रा 5 ए ) बढ़ता है; ढलान तब 0.75 और 1 सूर्य के बीच काफी बढ़ जाता है। वी ओसी मापा श्रेणी में एक रैखिक वृद्धि दर्शाती है ( चित्रा 5 बी )। चित्रा 5 सी में , एफएफ 0.25 और 0.75 सूर्य के बीच स्थिर है, लेकिन यह तेजी से 1 सूर्य तक कम हो जाती है; यह आरोप पुनर्संयोजन में वृद्धि के कारण हो सकता है। चित्रा 5 डी से पता चलता है कि, 25 एमडब्ल्यू / सेमी 2 की घटना की तीव्रता तीव्रता पर, डीएसएससी 3.7% की पीपीई प्राप्त करता है, जिससे कम रोशनी तीव्रता के तहत उच्च प्रदर्शन का संकेत मिलता है। एक तुलना के रूप में, चित्रा 6 में टीओओ 2 एनपी डीएसएससी दिखाया गया है, जिसने 6 के एक जे एससी हासिल किया था.53 एमए / सेमी 2 , 0.63 वी के एक वी ओसी , 57% का एफएफ और 2.35% का पीसीई।

आकृति 1
चित्रा 1 : इलेक्ट्रोस्पुन टीओओ 2- एनएफ के चित्र। ( ए ) इलेक्ट्रोस्पुन टीओ 2- एनएफएस की उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि। ( बी ) क्रॉस-सेक्शन एसईएम; शीर्ष परत प्रकाश-स्कैटरिंग नैनोफ़ायर परत है, और नीचे की परत अवरुद्ध TiO 2- NP परत है। मैकडॉनल्ड एट अल की अनुमति के साथ आंकड़े अनुकूलित और पुनर्प्रकाशित किए गए 16 इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र 2
चित्रा 2 : इलेक्ट्रोस्पुन टीओ 2- एनएफ के एक्सआरडी स्पेक्ट्रम । इंसेट एनाटेस चरण में टीओओ 2 का चयनक क्षेत्र इलेक्ट्रॉन विवर्तन (SAED) पैटर्न का संकेत देता है; मैकडॉनल्ड एट अल से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित 16 इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र तीन
चित्रा 3 : तिओ 2 एनएफ और एनपी फोटोएलेक्ट्रोड के लिए तिवारी 2 पी एक्सपीएस स्पेक्ट्रम । ठोस लाल वक्र नेनोफ़िब्स के लिए स्पेक्ट्रम दिखाता है, और ठोस काले वक्र नैनोकणों के लिए स्पेक्ट्रम दिखाता है। पीपट्टा इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें

चित्रा 4
चित्रा 4 : टीओओ 2 एनएफएस के साथ बनाई गई डीएसएससी के 1-सूर्य रोशनी के तहत जेवी वक्र । ( ए ) अंधेरे वर्तमान बिंदु बिंदीदार रेखा द्वारा प्रतिनिधित्व किया है मैकडॉनल्ड एट अल से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित 16 इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्रा 5
चित्रा 5 : डिवाइस लक्षण वर्णन पैरामीटर ( ए ) जे एससी , ( बी ) वी ओसी , ( डी ) पीसीई, 25 एमडब्ल्यू / सेमी 2 (0.25 सन) से 100 मेगावाट / सेमी 2 (1 सूर्य) से हल्की तीव्रता के एक समारोह के रूप में। मैकडॉनल्ड एट अल से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित 16 इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्रा 6
चित्रा 6 : टीओओ 2- एनपी के साथ डीएसएससी की 1-सूर्य रोशनी के तहत जेवी वक्र । वक्र से टीओओ 2 एनपी डीएसएससी दिखाता है, जिसने 6.53 एमए / सेमी 2 की जे एससी , 0.63 वी के एक वी ओसी , 57% की एफएफ और 2.35% की पीसीई हासिल की। कृपया thi का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करेंएस आंकड़ा

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Discussion

इस कार्य में प्रस्तुत विधियों में फोटोकेटिकल उपकरणों जैसे डीएसएससी के लिए कुशल नैनोफिबर्स फोटोनोड के निर्माण का वर्णन है। इलेक्ट्रोस्पिनिंग नैनोफिबर के निर्माण के लिए एक बहुत ही प्रचुर मात्रा में तकनीक है, लेकिन इष्टतम आकारिकी के साथ सामग्रियों को प्राप्त करने के लिए कौशल और ज्ञान का एक निश्चित स्तर आवश्यक है। अच्छे नैनोफिबर्स प्राप्त करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक पूर्ववर्ती समाधान की तैयारी है: कुछ महत्वपूर्ण कारक हैं, जैसे वाहक पॉलिमर की एकाग्रता और टाइटेनियम अग्रदूत की पसंद, जो कि अंतिम संरचना पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है सामग्री। वाहक पॉलिमर का एक कम एकाग्रता मोती के गठन या नैनोफ़िबर्स संरचना की कुल अनुपस्थिति को जन्म देगा। दूसरी ओर, एक बहुत अधिक एकाग्रता समाधान की चिपचिपाहता को बहुत अधिक बढ़ाएगी और नैनोफाबेर के व्यास की बढ़ोतरी को बढ़ाएगी, जिसके परिणामस्वरूप सतह क्षेत्र और चार्ज गतिशीलता का नुकसान होगा। अकार्बनिक पूर्वकर्सर को अत्यधिक घुलनशील होना चाहिए और समाधान के अन्य घटकों की उपस्थिति में प्रतिक्रिया या विघटित नहीं होना चाहिए। किसी भी अवांछित उप उत्पादों को छोड़ने के बिना, इसे अंतिम सामग्री में आसानी से कैलटित करना चाहिए।

वाद्य मापदंडों ( यानी, वोल्टेज, टिप-टू-कलेक्टर दूरी, और सुई व्यास) का भी नैनोफाइबर आकारिकी पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। यद्यपि एक सामान्य प्रवृत्ति को देखा जा सकता है, जब इन स्थितियों को विशिष्ट अग्रदूत समाधान का उपयोग करते हुए बदलते हैं, यह जरूरी नहीं कि अन्य समाधानों पर लागू हो, क्योंकि उन्हें विद्युत क्षेत्र के संशोधनों और अन्य सहायक शर्तों 17 से अलग तरीके से प्रभावित किया जा सकता है।

इस तकनीक की बहुमुखी प्रतिभा के लिए धन्यवाद, नैनोमिटेरियल्स की एक विस्तृत श्रृंखला को कई अलग-अलग अनुप्रयोगों में गढ़े और इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसे ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण, उत्प्रेरक, निस्पंदन, समग्र सामग्री, और सुपरहाइड्रोफोबिक सतह। Furthermorई, इस पद्धति को उभरने के लिए महत्वपूर्ण संभावनाएं दिखाती हैं, जो वाणिज्यिक अनुप्रयोगों में इसका उपयोग करने के लिए महत्वपूर्ण कारक है।

कैलसीन प्रक्रिया को वाहक पॉलिमर को पूरी तरह से हटाने और टीओओ 2 के क्रिस्टलीकरण को बढ़ावा देने के लिए पर्याप्त उच्च तापमान पर प्रदर्शन करने की आवश्यकता है, लेकिन सामग्री के नैनोस्ट्रक्चर को बाधित किए बिना। किसी भी थर्मल सदमे से बचने के लिए कैल्शनेशन तापमान को अपेक्षाकृत धीमी ताप दर पर पहुंचने की आवश्यकता होती है, जिससे फाइबर को नुकसान हो सकता है। यह शीतलन प्रक्रिया पर भी लागू होता है: गर्मी उपचार समाप्त होने के बाद, भट्ठी को तब तक बनी रहना चाहिए जब तक कि तापमान सुरक्षित तापमान (<80 डिग्री सेल्सियस) तक नहीं पहुंच जाता।

डॉक्टर ब्लेडिंग एक सरल और त्वरित तरीका है जो एक को आसानी से फ्लैट सतहों पर पतली-फ़िल्म सब्सट्रेट्स प्राप्त कर सकता है। एक चिकनी और समान रूप से लेपित सतह प्राप्त करने के लिए प्रमुख कारक है स्लरी चिपचिपापन: यदि बहुत अधिक फैलाव मिश्रण को जोड़ा जाता है, कोटिंगपेशाब पेश करेंगे और एक असमान मोटाई होगी; यदि बहुत कम डिस्पैरेंट जोड़ा जाता है, तो परिणामी फिल्म की सतह पर दरारें आ सकती हैं।

एक बार महारत हासिल करने के बाद, यह तकनीक आसानी से किसी भी ऐसे ऐप्लिकेशन के लिए उपयोग की जा सकती है जो उपकरण निर्माण के लिए पतली-फ़िल्म बयान की आवश्यकता होती है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

लेखकों के पास कोई स्वीकार नहीं है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
titanium(IV) n-butoxide Sigma-Aldrich 244112
Polyvinylpyrrolidone Sigma-Aldrich 437190
glacial acetic acid Sigma-Aldrich A6283
Ethanol, absolute Fisher Scientific E/0650DF/17
20 mL Sample vials (any) (or larger volume)
disposable 21G needle (any)
P150 grit sandpaper (any)
disposable 10mL syringe (any) (or larger volume)
magnetic stirrer + stirring bar (any)
PHD 2000 syringe pump Harvard Apparatus 71-2002 (or any other syringe pump capable of outputting a 1mL/hr flow
Aluminium foil (any)
Stainless steel collector plate (custom built)
High Voltage Power Source Gamma High Voltage Research, Inc ES30P-10W (or any other power supply capable of outputting +15 kV
Polycarbonate protective shield (custom built)
Ceramic crucible (any)
Muffle furnace (any)
Titanium dioxide, nanopowder Sigma-Aldrich 718467
50 mL 1-neck round bottom flasks (any)
bath sonicator (any)
Terpineol Sigma-Aldrich
Rotary evaporator (any)
FTO glass Solaronix TCO30-10/LI
Adhesive tape (any)
razor blade (any)
SEM JEOL 6500F
XRD PANalytical  X'pert Pro
Titanium Tetrachloride Sigma-Aldrich 89545
Ruthenizer  535-bisTBA Solaronix N719
sealing film Dyesol Meltonix 1170-25
Pt-coated FTO Solaronix TCO30-10/LI
1-propyl-3-methylimidazolium iodide Sigma-Aldrich 49637
Iodine Sigma-Aldrich 207772
benzimidazole Sigma-Aldrich 194123
3-Methoxypropionitrile Sigma-Aldrich 65290
Digital source meter Keithley 2400
Solar Simulator Abet technologies 10500

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References

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इंजीनियरिंग अंक 124 इलेक्ट्रोस्पिनिंग डाई-संवेदी सौर कोशिकाओं नैनोमिटेरियल्स टाइटेनियम डाइऑक्साइड फोटोकेटलिसिस नैनोफ़ेबर फोटोनोड्स
डाई-संवेदीकृत सौर कोशिकाओं के लिए फोटोकेटलाइटिक इलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोस्पिनिंग
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Canever, N., Hughson, F., Macdonald, … More

Canever, N., Hughson, F., Macdonald, T. J., Nann, T. Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells. J. Vis. Exp. (124), e55309, doi:10.3791/55309 (2017).

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