डाई-संवेदीकृत सौर कोशिकाओं के लिए फोटोकेटलाइटिक इलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोस्पिनिंग
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 , </sup> 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।
Protocol
Representative Results
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 ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों के पास कोई स्वीकार नहीं है।
Materials
| 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 |
Riferimenti
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