Роман WS2

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7762 (2023) Цитировать эту статью

487 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Новый композит дисульфид-молибден-медь-оксид, поддерживаемый графеновыми квантовыми точками (WM@GQDs), был синтезирован в качестве противоэлектрода (CE) для сенсибилизированных красителем солнечных элементов (DSSC) с использованием простого и недорогого метода ультразвуковой обработки. Уникальная структура WM@GQDs демонстрирует превосходную эффективность преобразования энергии благодаря своей высокой каталитической активности и свойствам переноса заряда. Кроме того, графеновые квантовые точки (GQD) обеспечивают больше активных центров в нульмерных материалах для окислительно-восстановительной реакции I/I3-, что может улучшить электрические и оптические свойства композита. Результаты показывают, что количество GQD в композите влияет на эффективность солнечных устройств. При использовании 0,9% мас. ГКТ композит WM@GQDs достиг эффективности 10,38%, что выше, чем у дорогого платинового ЭЭ в тех же условиях. Также подробно обсуждается механизм повышения эффективности преобразования энергии (PCE) композитного образца. Таким образом, WM@GQD могут быть эффективным материалом для замены платины в DSSC в качестве CE.

Надвигающаяся нехватка ископаемого топлива из-за ежегодного роста населения и воздействия устойчивого экономического роста заставила население мира осознать важность возобновляемых источников энергии. Среди различных возобновляемых источников энергии солнечная энергия является естественным и устойчивым источником энергии, который можно использовать бесконечно. В целом, технология солнечных батарей на основе кремния продолжит доминировать на мировом рынке, но исследователи ищут альтернативные решения для удовлетворения энергетических потребностей промышленного сектора и снижения производственных затрат, чтобы население мира могло получить доступ к солнечной энергии1. Одним из таких решений являются сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC), которые относятся к элементам третьего поколения из-за их недорогих, простых и экологически чистых методов производства2,3. ДССК состоят из фотоанода (полупроводника с высокой удельной поверхностью для адсорбированного красителя), противоэлектрода (обычно в виде ФТО с платиной) и электролита в межэлектродном пространстве (органического растворителя с окислительно-восстановительным медиатором). )4. В общем, принцип работы DSSC заключается в том, что молекулы красителя после поглощения фотона переходят из основного состояния в возбужденное. Затем электрон инжектируется в зону проводимости (ЗВ) полупроводника и транспортируется по внешней цепи к противоэлектроду. Окисленный краситель регенерируется окислительно-восстановительным медиатором, а пожертвованный электрон от рабочего электрода уменьшает количество окислительно-восстановительных частиц. Затем цикл замыкается и повторяется до тех пор, пока не произойдет освещение5.

Как упоминалось выше, противоэлектрод (CE) необходим для правильного функционирования DSSC. Платина (Pt) является наиболее широко используемым ЭЭ в DSSC благодаря своим превосходным электрокаталитическим характеристикам и высокой проводимости, что приводит к высокой эффективности фотоэлектрического преобразования6. Однако Pt является драгоценным металлом и его стабильность недостаточна, что может привести к его реакции с электролитом с течением времени7. Кроме того, высокая стоимость ограничивает крупномасштабное производство DSSC для использования в домашнем и промышленном секторах. Поэтому исследователи срочно ищут альтернативные материалы для замены Pt. Различные виды материалов, такие как материалы на основе углерода8, органические полимеры9, дихалькогениды переходных металлов10, материалы на основе оксидов11 и материалы на основе сульфидов12, были исследованы и показали превосходное преобразование энергии благодаря своим превосходным электрохимическим свойствам.

Графеновые квантовые точки (GQD) — это многообещающие материалы с квантовыми точками на основе углерода, которые в основном состоят из sp2-гибридизированных атомов графеновых листов нанометрового размера, что придает им нульмерные свойства13. GQD обладают несколькими желательными свойствами, включая химическую инертность, биосовместимость, стабильные фотолюминесцентные свойства, низкое сопротивление и хорошую окислительно-восстановительную обратимость. В 2013 году Чен и др.14 синтезировали полипиррол (PPy), легированный GQD, в качестве противоэлектрода. Пленка PPy, легированная GQD, имеет высокопористую структуру и демонстрирует более высокую плотность каталитического тока и более низкое сопротивление переносу заряда, чем один PPy, в отношении окислительно-восстановительной реакции I3-/I-. ДССК с PPy, легированным 10% ГКТ, показал наибольшую эффективность преобразования энергии (5,27%), что выше, чем у ДССК на основе противоэлектрода Pt.