유연한 섬유상 염료감응 태양전지의 광전변환 효율 향상

초록

염료에 민감하고 유연한 TiO₂ 다층 구조의 섬유는 전자 재결합을 피하고 전자 포획 효율을 향상시키기 위해 효율적인 유연한 섬유상 염료 감응 태양 전지(FFDSSC)에서 광양극으로 브러시 방법을 사용하여 제조되었습니다. 복합 Pt 상대 전극, H₂의 간단한 1단계 열분해 접근법을 사용하여 전착된 Pt 와이어의 표면 개질로부터 준비 백금₆ 이소프로판올과 n-부틸알코올(부피비 =1:1) 용액은 광범위한 전기화학적 테스트에 의해 확인된 전기촉매 활성의 상당한 개선을 제공했습니다. 섬유 모양의 TiO₂로 조립된 FFDSSC 광양극 및 복합 Pt 상대 전극은 단층 섬유질 TiO₂를 사용하는 FFDSSC보다 높은 6.35%의 향상된 광전 변환 효율을 달성합니다. 광양극 및 전착된 Pt 와이어 상대 전극. 더 중요한 것은 6.35%의 광전 변환 효율이 순수 Pt 와이어 상대 전극(6.32%)을 기반으로 한 FFDSSC의 광전 변환 효율과 비슷하다는 것입니다. 높은 탄성, 유연성 및 신축성을 가진 FFDSSC는 복잡한 기계적 변형에 적응할 수 있으며 이는 향후 웨어러블 전자 제품의 발전에 큰 의미가 있습니다.

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배경

염료감응형 태양전지(DSSC)는 저비용, 높은 전력변환효율, 환경친화성 등의 장점으로 인해 기존의 Si계 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 각광받고 있다[1, 2]. . 그러나 경질 전도성 유리를 사용한 태양전지는 현재 운송, 설치, 취급 및 스마트 섬유 시스템과 같은 실제 적용에 한계에 직면해 있습니다[3,4,5]. 이러한 문제를 극복하고 응용 영역을 넓히기 위해 DSSC 연구원들은 미래의 다양한 응용 분야에서 유망한 후보인 섬유 모양의 태양 전지에 대해 많은 관심을 갖고 있습니다.

섬유형 태양전지는 평면형 태양광 소자에 비해 가볍고, 착용 가능하며, 우리 몸과 같은 다양한 곡면에 적응할 수 있는 독특한 장점을 나타내어 현대 생활에서 다양한 웨어러블 전자 장치의 요구를 충족시키기 위해 강력하게 발전하고 있습니다[6,7, 8]. 평판형 플렉시블 DSSC의 장점 외에도 섬유와 같은 태양 전지는 3차원 조명의 고유한 장점이 있어 모든 각도에서 확산광을 최대한 활용할 수 있습니다.

섬유질 DSSC에 대한 여러 연구는 광양극으로 수정된 티타늄 와이어를 사용하고 상대 전극(CE)으로 순수 백금(Pt) 와이어를 준비하는 것으로 보고되었습니다[9, 10]. 물론 Pt는 I₃의 환원을 촉매하는 가장 선택적인 물질 중 하나입니다. ^- 나에게⁻ 우수한 전기촉매 활성, 안정성 및 우수한 전도성으로 인해; 그러나 CE로 순수한 Pt 와이어를 사용하는 경우 비용이 매우 많이 들고 섬유소 장치의 대규모 생산에 불리합니다. 따라서 높은 전도성과 촉매 능력을 가진 저가의 CE를 포함한 전극의 효과적인 설계가 필수적이다. 많은 보고서에서 열분해 또는 전기화학적 환원을 통해 백금 사용량을 크게 줄이는 순수한 백금과 동일한 기능을 갖는 Pt 필름을 제조하는 여러 옵션을 발견했습니다[11,12,13,14]. 또한, 변형된 티타늄 와이어 광양극을 사용한 FFDSSC의 성능은 염료 및 전자 재결합의 부하가 적기 때문에 낮습니다. 광양극의 표면 개질, 입자 크기 변화 및 다중 구조 구성을 통해 광 흡수 및 전하 수송의 효율성을 향상시키기 위해 많은 시도가 이루어지고 있습니다. 주요 목표는 섬유 모양의 태양 전지의 광전지 성능을 향상시키는 고성능 섬유 전극을 개발하는 것입니다.

여기서, Flexible fibrous TiO₂를 기반으로 하는 Flexible fibrous DSSC(FFDSSC)는 다단계 소결 방법을 사용하여 Ti 와이어 기판에 코팅된 매끄러운 표면을 가진 광양극과 2단계 전기화학적-열분해 접근 방식을 통해 Al 와이어를 내부 코어로 준비한 변형된 Pt 복합 CE를 구상하여 광전 성능을 향상시켰습니다. 변환 효율. 예상대로 변형된 복합 Pt CE는 우수한 전기촉매 활성과 3.11 Ω cm² 의 낮은 전하 이동 저항을 나타냈습니다. 광범위한 전기화학적 측정을 통해 FFDSSC는 100mW cm^-2 조사에서 6.35%의 광전 변환 효율에서 상당히 향상된 성능을 나타냈습니다. (오전 1.5).

방법

자료

니켈(II) 염화물 육수화물(NiCl₂ ·6H₂ O, 98%), 티오요소(TU, ≥ 99.0%), 염화코발트 6수화물(CoCl₂ ·6H₂ O, 98%), 에탄올, 염화백금산, 사염화티타늄(TiCl₄ ) 및 테트라-n-부틸 티타네이트는 중국 Shanghai Chemical Agent Ltd.에서 구입합니다. 모든 시약은 분석 시약 등급입니다. 알루미늄 및 티타늄 와이어(직경 =0.2mm, 99.999%)는 중국 Shengshida Metallic Material Co., Ltd.에서 구입합니다. 유기금속 화합물 증감 염료 N719는 Solaronix SA(Switzerland)로부터 입수하였다. TiO₂ 페이스트(직경 =20 nm)는 중국 우한 지오(Wuhan Geao Co., Ltd.)에서 구입합니다.

유연한 섬유상 TiO의 준비₂ 광양극

15cm 길이의 알루미늄 와이어와 티타늄 와이어를 사포로 연마하고 세제, 아세톤, 증류수, 에탄올로 각각 30분간 차례로 초음파 세척한 후 이소프로필알코올에 보관하였다. TiCl₄ 용액은 0.03과 0.05M 농도로 구성하고 냉장고에 보관했습니다.

염료감응 유연 섬유 TiO₂ 광양극은 이전 보고서 [15,16,17]를 참조하여 준비되었습니다. 먼저 15cm 길이의 티타늄 선재 기판을 0.03M TiCl₄에 침지하여 배리어층을 형성했습니다. 70°C에서 1시간 동안 용액을 만든 다음 공기 중에서 450°C에서 30분 동안 소결합니다. 이 과정은 TiO₂의 로딩을 증가시키기 위해 5번 반복됩니다. . 이어서 TiO₂ 20nm의 입자 크기를 가진 층을 브러시 방식으로 차단층 위에 코팅한 다음 공기 중에서 450°C에서 30분 동안 소결했습니다. 이 과정을 세 번 반복하여 매끄러운 표면을 만듭니다. 상기 TiO₂를 침지하여 개질층을 형성한다. 0.05M TiCl₄의 기질 70°C에서 1시간 동안 용액을 넣고 450°C에서 30분 더 소결합니다. 이 과정을 두 번 반복하여 TiO₂ 모공이 채워집니다. 섬유질 TiO₂를 침지하여 염료를 로드했습니다. 0.3mM의 염료 N719 tert-부탄올/아세토니트릴 용액에서 12시간 동안 양극. 따라서 염료감응 유연 섬유상 TiO₂ 광양극을 얻었다.

백금 섬유 CE의 준비 및 FFDSSC의 제작

섬유질 Pt CE는 2단계 전기화학적-열분해 접근법에 의해 제조되었습니다. 먼저 알루미늄 와이어를 0.01M H₂에 담그었습니다. 백금₆ 및 LiClO₄ 에탄올 용액으로 전착 절차를 수행하고 Pt-1 섬유상 CE를 얻었다. 얻어진 Pt-1 섬유상 CE를 250°C로 가열한 다음 H₂ 0.5ml를 가열했습니다. 백금₆ (1.0wt%) isopropanol과 n-butyl alcohol(부피비 =1:1) OP 유화제(1.0wt%)를 함유한 용액을 Pt-1 섬유상 CE의 표면에 빠르게 적하하고 450°C에서 30분간 소결하였다. 백금 층에 남아 있는 일부 유기 화합물을 제거하기 위해 분, 그리고 미세 다공성 백금 필름을 제조하고 Pt-2 섬유상 CE에 서명했습니다. Pt-2 섬유질 CE는 섬유질 TiO₂ 주위에 꼬였습니다. 약 0.5mm 피치의 광양극으로 유연한 섬유 모양의 DSSC를 형성합니다(그림 1 참조). 생성된 와이어를 플라스틱 튜브(직경 0.5mm) 및 산화환원 전해질(I₂의 0.05 M)에 밀봉했습니다. , 0.1M의 LiI, 0.6M의 테트라부틸암모늄 요오다이드, 0.5M의 아세토니트릴 중 TBP)를 주사기로 주입하고 액체 전해질의 누출 또는 증발을 방지하기 위해 UV-경화 접착(HT8803)으로 밀봉하였다. 비교를 위해 유연한 섬유 모양의 DSSC(Pt-1 및 순수 Pt CE 및 섬유질 TiO₂ TiCl₄ 포함 및 미포함 광양극 수정) 유사한 과정을 사용하여 준비했습니다.

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섬유 모양의 DSSC 제작의 개략도. 아 섬유 모양의 DSSC의 제조 공정. ㄴ 섬유 모양의 DSSC 사진

특성화

샘플의 표면 형태는 JSM-7001F 전계 방출 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 관찰하였다. 에너지 분산 분광법 분석(EDS)은 Bruker-ASX(Model Quan-Tax 200)에서 얻었습니다. 순환 전압전류법(CV) 측정은 3전극 단일 구획 셀에서 수행되었으며, 여기서 준비된 Pt 와이어를 작업 전극으로 사용하고 1.5cm² 의 Pt 시트를 사용했습니다. 10mM LiI, 1mM I₂로 구성된 아세토니트릴 용액의 기준 전극으로서 CE 및 Ag/AgCl 전극 및 0.1M LiClO₄ . EIS 테스트는 20°C의 일정한 온도에서 전기화학 측정 시스템(CHI660E, Shanghai Chenhua Device Company, China)을 사용하여 20mV의 AC 신호 진폭과 0.1 ~ 10⁵ 어둠 속에서 0V DC 바이어스에서 Hz.

FFDSSC의 태양광 테스트는 100mW cm^{- 2} 조사에서 광전류-광전압(J-V) 특성 곡선을 측정하여 수행되었습니다. 주변 대기에서 태양광 시뮬레이터(CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd)에서. 필 팩터(FF) 및 광전 변환 효율(η )의 DSSC는 다음 방정식에 따라 계산되었습니다.

$$ \upeta\ \left(\%\right)=\frac{\mathrm{Vmax}\times \mathrm{Jmax}}{\mathrm{핀}}\times 100\%=\frac{\mathrm{Voc }\times \mathrm{Jsc}\times \mathrm{FF}}{\mathrm{핀}}\times 100\% $$ (1) $$ \mathrm{FF}=\frac{V\max \times J \max }{V\mathrm{oc}\times J\mathrm{sc}} $$ (2)

여기서 J _sc 단락 전류 밀도(mA cm⁻² ); V_oc 는 개방 회로 전압(V), P _안에 는 입사광 전력(mW cm⁻² )입니다. ) 및 J _최대 (mA cm⁻² ) 및 V _최대 (V)는 각각 J-V 곡선에서 최대 전력 출력 지점의 전류 밀도와 전압입니다.

결과 및 토론

샘플의 표면 형태 및 구성

그림 2는 섬유 모양의 TiO₂의 SEM 이미지를 나타냅니다. 해상도가 다른 광양극 및 Pt CE, 섬유질 Pt CE의 EDS 이미지 및 TiO₂ 감작 전후의 광양극. 그림 2a 및 b에서 섬유 모양의 TiO₂ 광양극은 매끄러운 표면과 다공성 구조를 유지하며 TiO₂ 나노 입자는 Ti 와이어에 균일하게 분산됩니다. 따라서 섬유 모양의 TiO₂ TiCl₄로 수정된 광양극 TiO₂를 두 번 형성 전해질과 Ti 섬유 사이의 전자 재결합을 효과적으로 방지할 수 있는 장벽 층. Fig. 2c와 d에서 볼 수 있듯이, 섬유상 Pt CE의 표면은 매끄럽고 균일한 미세기공과 isopropanol의 급격한 비등과 휘발로 인한 팽창이 거의 없음을 알 수 있다. 전착 표면 Pt. 이러한 변형된 섬유 형태의 Pt CE의 표면 형태는 백금 섬유의 비표면적을 크게 증가시키고 액체 전해질의 흡착에 유용하다[18], 결과적으로 광전류 밀도 및 개방 회로 전압의 큰 향상을 가져온다. FFDSSC. 그림 2e 및 f는 TiO₂의 EDS 이미지를 보여줍니다. 감작 전과 후의 광양극. 그림 2e와 비교하여 f는 TiO₂ 광양극은 Ru 원소의 강한 신호로부터 성공적으로 감작되었다. 그림 2g와 같이 Al 및 Pt 원소에 대한 강한 신호는 섬유질 Pt CE가 Al 와이어를 내부 코어로 사용하여 준비되었음을 나타냅니다.

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TiO₂의 SEM 이미지 광양극(a , b ) 및 섬유질 Pt CE(c , d ) 해상도가 다른 TiO₂의 EDS 이미지 광양극 전(e ) 및 이후(f ) 과민성 및 섬유질 Pt CE(g )

전기화학적 특성

그림 3은 50mV s⁻¹ 의 스캔 속도에서 열분해 Pt로 수정되기 전과 후의 전착 Pt CE의 순환 전압전류도를 나타냅니다. − 0.4 ~ 1.0V의 전위 간격에서 샘플의 전기 촉매 활성을 조사합니다. 우리가 아는 한, 음극 피크 전류 밀도의 절대값 |I_pc | 전극의 촉매 능력 및 피크 대 피크 분리의 절대값과 양의 상관 관계가 있습니다. |E_pp | CE의 전기촉매 활성과 반비례한다[19, 20]. 그림 3은 두 쌍의 산화환원 피크와 |E_pp의 거의 동일한 모양을 보여줍니다. | I⁻ 의 Pt-1 및 Pt-2 CE용 /나₃ ^- redox 시스템 및 |I_pc | Pt-1 및 Pt-2 CE의 값은 2.10 및 2.87mA cm⁻² 입니다. 각각 Pt-2 CE에 대해 훨씬 더 높은 음극 피크 전류 밀도를 나타냅니다. 이것은 이소프로판올의 급속한 비등 및 휘발로 인해 생성된 Pt-2 CE의 큰 활성 표면적 및 미세 기공 구조 및 백금 필름에 제자리에서 생성된 다량의 기공에 기인합니다. Pt-1 및 Pt-2 CE가 유사한 |E_pp를 나타내지만 | 그러나 Pt-2 CE는 훨씬 더 높은 |I_pc | Pt-1 CE보다 이것은 Pt-2 CE가 I^- 의 반응에서 촉매로 더 효과적으로 작용한다는 것을 나타냅니다. /나₃ ^- Pt-1 CE보다 전해질. 더 중요한 것은 이중층 구조의 Pt-2 CE가 |I_pc | 및 |E_pp | 순수 Pt 섬유 CE(표 1에 나열됨)보다 저렴하고 간단한 준비로 Pt-2 CE가 순수한 Pt 섬유 CE와 동일한 기능을 수행한다는 사실을 충분히 증명합니다. 결과적으로, 열분해 Pt로 개질된 전착 Pt CE는 효율적인 전기 촉매이며 I^- 에 대한 우수한 전기 촉매 능력을 가지고 있습니다. /나₃ ^- 산화 환원 반응.

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50mV s⁻¹ 의 스캔 속도에서 Pt-1, Pt-2 및 순수 Pt CE에 대한 순환 전압전류도

그림 4는 50mV s⁻¹ 의 스캔 속도에서 Pt-2 CE에 대한 50사이클 주기 전압전류도를 보여줍니다. CE의 장기적인 전기화학적 안정성을 조사하기 위해. 그림 4에서 볼 수 있듯이, 정규화된 음극 및 양극 피크 전류 밀도는 50회 연속 사이클 동안 테스트한 후에도 거의 변하지 않았습니다. 이것은 H₂로 수정된 후 전착 Pt CE가 백금₆ Al 기판에 코팅된 열분해는 전기화학적, 화학적 안정성이 우수합니다.

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50mV s⁻¹ 의 스캔 속도에서 Pt-2 CE에 대한 순환 전압전류도 . 연속 스캔 50주기(a ); 첫 번째 및 50번째 원(b )

CE의 전기화학적 임피던스는 전하 수송 과정을 조사하는 효과적이고 광범위한 도구입니다. 그림 5는 I⁻ 에 대한 대칭 Pt-1, Pt-2 및 순수 Pt CE의 Nyquist 플롯을 보여줍니다. /나₃ ^- 전해질 및 해당 EIS 매개변수도 표 1에 나열되어 있습니다. 여기서 R _s 첫 번째 반원의 시작점에서의 저항값, R _ct 는 첫 번째 반원의 반지름이고 반원은 Nernst 확산 임피던스를 나타냅니다(Z _와 ) I^- 의 확산 저항에 해당 /나₃ ^- 산화 환원 종 [21, 22]. 모두에게 알려진 바와 같이 R _ct CE의 촉매 능력과 반비례하는 서로 다른 CE의 전기 촉매 능력을 비교하기 위한 중요한 매개변수입니다. 그림 5 및 표 1에서 R _s Pt-1, Pt-2 및 순수 Pt CE와 관련된 값은 3.96, 3.57 및 3.75Ω·cm² 입니다. , 각각. R _ct Pt-1, Pt-2 및 순수 Pt CE의 경우 3.99, 3.11 및 3.10Ω cm⁻² 입니다. , 각각. 즉, R _s 및 R _ct 위에서 언급한 CE의 경우 Pt-1> Pt-2> Pt의 순서를 따릅니다. 따라서 Pt-1 CE와 유사하며 Pt-2 CE와 I^- 사이의 계면에서 낮은 계면 전하 이동 저항이 발생했음을 나타냅니다. /나₃ ^- 동일한 테스트 조건에서 전해질. 이러한 결과는 열분해 Pt 개질 후 이중층 구조의 Pt-2 CE가 순수한 Pt CE에 비해 전기화학적 촉매 능력이 크게 향상되었음을 완전히 증명합니다. CE의 성능을 향상시키는 이유는 표면 구조, 즉 균일한 미세 기공과 적은 팽창, 그리고 전자가 Pt-2 필름|Al 계면을 쉽게 투과할 수 있는 우수한 전기화학적 특성에 기인할 수 있습니다. EIS 데이터를 종합적으로 고려하면 Pt-2 CE의 특성이 FFDSSC의 태양광 성능을 향상시키는 데 유리할 것으로 예상할 수 있습니다.

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I⁻ 에 대한 Pt-1, Pt-2 및 순수 Pt CE의 EIS /나₃ ^- 산화 환원 커플

그림 6은 Pt-1, Pt-2 및 순수 Pt CE의 전기촉매 활성을 재확인하기 위해 EIS 측정에 사용된 것과 유사한 대칭 셀에 대한 Tafel 곡선을 나타냅니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 Pt-2 CE는 훨씬 더 큰 교환 전류 밀도(J ₀ ) 및 확산 전류 밀도 제한(J _림 ) (1.48 및 2.18mA cm^{− 2} ) Pt-1 CE(1.28 및 1.89mA cm⁻² )와 비교 ), Pt-2 CE에 대한 더 높은 전도도 및 전기촉매 능력을 시사합니다. 또한 J가 높을수록 _림 Pt-2 CE의 경우 전해질에서 산화환원 커플의 더 빠른 확산 속도를 반영합니다[23,24,25]. 또한, 예상대로 Pt-2 CE의 전기 촉매 활성은 순수한 Pt CE만큼 우수한 것으로 나타났습니다. 이러한 긍정적인 요인은 논리적으로 FFDSSC의 효율적인 전력 변환 효율을 초래하는 CV 및 EIS와 동일한 이유에 기인할 수 있습니다. 이론적으로 J ₀ R에 반비례합니다. _ct 식에 따라 (5) [26, 27]. J의 변화된 경향 ₀ Pt-1, Pt-2 및 순수 Pt CE에 대한 Tafel 곡선에서 일반적으로 EIS를 따릅니다. 일반적으로 광범위한 전기화학적 측정 결과(CV, EIS 및 Tafel)는 Pt-2 CE가 순수한 Pt CE에 비해 향상된 전기 촉매 활성을 가지고 있음을 나타냅니다. 따라서 논리적으로 FFDSSC의 광전지 성능이 크게 향상될 것으로 예상할 수 있습니다.

$$ {J}_0=\frac{RT}{nFR_{\mathrm{ct}}} $$ (5) <그림>

I⁻ 에 대한 대칭 Pt-1, Pt-2 및 순수 Pt CE의 Tafel 곡선 /나₃ ^- 산화 환원 커플

여기서 R 는 기체 상수, T , F , n , 및 R _ct 일반적인 의미를 가지고 있습니다.

FFDSSC의 태양광 성능

CE와 광양극이 서로 다른 FFDSSC의 J-V 특성은 100mW cm⁻² 에서 측정되었습니다. (AM 1.5 G) 조사 및 결과는 그림 7 및 표 2에 나와 있습니다. 곡선 b 및 c는 Pt-1 및 Pt-2 CE 및 TiO₂로 조립된 FFDSSC를 나타냅니다. TiCl₄ 없는 광양극 매끄럽지 않은 그림 7에서 수정되었습니다. 그러나 개방 회로 전압(V _oc ) 및 단락 전류 밀도(J _sc ) FFDSSC-c(0.760 V 및 10.78 mA cm⁻² ) FFDSSC-b(0.625V 및 10.78mA cm⁻² )보다 훨씬 높습니다. ). 이 현상은 낮은 R _ct , Pt-2 CE에 대한 우수한 전기화학적 촉매 활성 및 전도도, Pt-2 CE와 전해질 사이의 증가된 접촉 면적 [28, 29]. Pt-1 및 Pt-2 CE 및 TiO₂가 있는 FFDSSC의 곡선 d 및 e TiCl₄가 있는 광양극 수정된 디스플레이는 높은 V로 부드러운 곡선을 표시합니다. _oc , 제 _sc , 및 채우기 비율(FF). 그들 사이에서 FFDSSC-e의 더 높은 광전 성능은 주로 낮은 R _ct , 순수 Pt CE 및 TiO₂ 기반의 FFDSSC-a에 비해 Pt-2 CE의 전기화학적 촉매 활성 및 전도도가 더 우수합니다. TiCl₄가 있는 광양극 수정됨(6.32%). 또한 더 중요한 이유는 TiCl₄에 기인합니다. 여기된 염료 분자에 의한 광전자 생성 속도를 증가시키고 전자와 Ti 와이어의 재결합 속도를 감소시키는 변형; 따라서 장치는 논리적으로 더 나은 V를 보여줍니다. _oc , 제 _sc , 및 FF 값. 반대로 TiO₂를 기반으로 하는 FFDSSC TiCl₄에 의한 수정 없는 광양극 더 나쁜 광전지 성능을 보여줍니다. 동시에 CE에 대한 두 번 수정은 FFDSSC의 성능에 큰 영향을 미치며, 이는 CE 표면의 전해질 부하를 증가시키고 FFDSSC의 내부 저항과 암전류를 감소시켜 J를 크게 향상시킵니다. _sc 가치. 이것은 전극에 대한 두 번 수정이 I^- 사이의 계면에서 빠른 전자 수송을 촉진한다는 것을 나타냅니다. /나₃ ^- 전해질 및 전극, 그리고 또한 FFDSSC가 Pt-2 CE 및 TiO₂를 기반으로 함을 추론할 수 있습니다. TiCl₄로 수정된 광양극 실제로 전하 재결합을 개선할 수 있고 다른 FFDSSC보다 더 뛰어난 효과를 가질 수 있습니다.

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표준 조명 하에서 다양한 광양극과 CE로 제작된 FFDSSC에 대한 광전지 성능 곡선. FFDSSC의 J-V 특성(a ); 전력 변환 효율과 개방 회로 전압 사이의 관계(b )

그림 8은 100mW cm⁻² 미만의 다양한 CE 및 광양극을 기반으로 한 FFDSSC의 Nyquist 플롯을 보여줍니다. (AM 1.5 G) 조사 및 등가 회로가 삽입으로 표시됩니다. R _s 는 직렬 저항이고 R_ct 는 전해질/광양극 계면에서의 전하 이동 저항입니다. R _s 및 R _ct TiCl₄로 만든 조밀한 층이 있는 FFDSSC의 값 수정된(FFDSSC a, d, e)는 TiCl이 없는 FFDSSC의 것보다 낮습니다₄ 수정됨; 이것은 초박형 TiO₂ 때문입니다. Ti 와이어와 TiO₂ 사이의 계면 접촉을 향상시킨 높은 전자 이동도를 가진 콤팩트한 층 광양극, 전자 재결합 가능성도 감소시킨다[30, 31]. 또한 FFDSSC-e는 가장 작은 R을 가지고 있습니다. _s 및 R _ct FFDSSC a, d, e 중 FFDSSC-a보다 작은 값. 이것은 FFDSSC에서 두 번 수정된 Pt-2 CE가 I^- 사이의 계면에서 전자 수송에 더 유리하다는 것을 나타냅니다. /나₃ ^- 순수한 Pt CE보다 전해질 및 전극. 결과적으로 FFDSSC의 양극 및 상대 전극에 대한 다중 수정은 광전지 성능을 향상시키기 위해 전도성입니다.

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다양한 광양극으로 제작된 FFDSSC용 EIS 및 표준 조명 아래의 CE

그림 9는 J와 직접적인 관련이 있는 빛 응답을 반영하기 위해 서로 다른 CE 및 광양극이 있는 FFDSSC의 IPCE를 보여줍니다. _sc . 그림 9와 같이 약 520nm 파장에서 모든 FFDSSC의 최대 효율은 염료 N719의 최대 흡수 파장과 일치한다[32, 33]. 위에서 언급한 FFDSSC의 IPCE 최대 피크는 e> a> d> c> b의 순서를 따릅니다. 이 결과는 그림 7과 같은 광전지 성능과 잘 일치하며, 양극과 상대 전극을 여러 번 수정하면 FFDSSC의 광전 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 다시 한 번 증명합니다.

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다양한 FFDSSC의 IPCE

결론

다층 구조의 섬유인 TiO₂로 효율적인 유연한 섬유상 염료감응 태양전지(FFDSSC)를 제작했습니다. 광양극(TiCl₄로 수정됨) ) 및 이중층 구조의 Pt-2 CE를 사용하여 장치의 성능을 향상시킵니다. Pt-2 섬유 CE는 순환 전압전류법, 전기화학 임피던스 분광법 및 Tafel 특성화를 통해 FFDSSC에서 삼요오드화물의 환원을 위한 우수한 전기촉매 활성을 보여줍니다. Pt-2 섬유 전극 및 TiO₂ 기반 FFDSSC TiCl₄로 수정된 광섬유 광양극 단층 섬유 TiO₂보다 69.8% 더 높은 6.35%의 광전 변환 효율을 나타냅니다. Pt 와이어의 광양극 및 전착은 순수한 Pt 와이어 CE를 기반으로 하는 FFDSSC의 것과 유사합니다. 고탄성, 유연성 및 신축성을 지닌 이 저렴하고 쉽게 제작할 수 있는 FFDSSC는 복잡한 기계적 변형에 적응할 수 있는 고성능 웨어러블 마이크로 태양전지를 준비할 수 있으며, 이는 에너지 변환 및 저장 장치의 새로운 제품군을 개발할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.