(001) 방향 아나타제 TiO2 나노시트 광양극을 사용한 CdS/CdSe 양자점 감응 태양 전지의 성능 향상
초록
CdS/CdSe 양자점 감응 태양 전지(QDSSC)는 두 가지 유형의 TiO2에 제작되었습니다. 광양극, 즉 나노시트(NS) 및 나노입자. TiO2 높은 (001) 노출면을 갖는 NS는 열수법을 통해 제조되었으며 TiO2 나노 입자는 상업용 Degussa P-25를 사용했습니다. TiO2의 공극 크기, 비표면적, 공극률 및 전자 수송 특성이 NS는 일반적으로 P-25의 NS보다 우수했습니다. 결과적으로 TiO2 NS 기반 CdS/CdSe QDSSC는 4.42%의 전력 변환 효율을 보여 P-25 기반 참조 셀과 비교하여 54% 개선된 것에 해당합니다. 이 연구는 TiO2의 성능을 향상시키기 위해 나노구조 접근법을 사용하여 효과적인 광양극 설계를 제공합니다. 기반 QDSSC.
<섹션 데이터-제목="배경">
배경
최근 몇 년 동안 양자점 증감 태양 전지(QDSSC)는 염료 증감 태양 전지(DSSC)의 유망한 대안으로 상당한 주목을 받았습니다. 유기 염료 및 Ru 기반 염료에 비해 양자점(QD)의 특정 이점에는 더 큰 소광 계수, 도트 크기 및 화학적 조성을 제어하여 조정 가능한 에너지 밴드갭, 더 높은 광자 및 화학적 안정성, 다중 여기자 생성 및 핫 캐리어 이동 가능성이 있습니다. [1,2,3,4]. 이론적으로 QDSSC는 32%의 Shockley-Queisser 한계를 넘어 빛-전기 변환 효율을 향상시킬 수 있습니다[5].
QDSSC의 광전 변환 방식은 DSSC와 유사하지만 광 흡수제로 유기 염료 대신 무기 나노 결정을 사용합니다. 일반적으로 QDSSC는 광양극으로 QD 코팅된 금속 산화물, 폴리설파이드 착물(S
2−
/Sx
2−
) 액체 산화 환원 전해질로, Pt 금속을 상대 전극으로 사용합니다. CdS, CdSe, CdTe 및 PbS와 같은 많은 종류의 좁은 밴드갭 반도체 QD가 가시광선 영역에서 광 흡수체로 활용되었습니다[6,7,8,9,10]. 광 흡수 범위를 확장하고 QDSSC에서 캐리어 주입을 용이하게 하기 위해 CuInS2와 같은 적절한 에너지 레벨 매칭을 갖는 QD /CdS[11, 12], CdTe/CdSe[13] 및 CdS/CdSe[14,15,16,17,18,19,20,21]는 결합되어 코어/쉘 구조 QD 공동 증감제를 형성합니다. . 그 중 CdS/CdSe 코어/쉘 구조의 양자점은 상대적인 안정성과 간단한 합성으로 인해 널리 연구되어 왔으며 생성된 전지는 일반적으로 <5%의 전력 변환 효율을 나타냈습니다. 현재 보고된 최고 성능의 QDSSC는 광양극에서 심각한 전하 재결합과 낮은 QD 적용 범위로 인해 여전히 6-8%[10, 13, 22, 23]의 적당한 전력 변환 효율을 나타냅니다. QDSSC의 성능을 더욱 향상시키기 위해 현재 전략은 전자 수송, 광 수확 및 QD 로딩을 향상시키기 위해 광양극 물질로 메조포러스 금속 산화물을 사용하는 데 중점을 두었습니다.
QDSSC와 DSSC 모두에서 TiO2 고효율, 저비용 및 우수한 화학적 안정성 때문에 선호되는 다공성 광양극 재료[24]. TiO2의 성능은 잘 알려져 있습니다. 기반 광전지는 TiO2의 형태와 결정 구조에 크게 의존합니다. 및 사용 가능한 아나타제 TiO2 나노입자(NPs)는 대부분 열역학적으로 안정적인(101) 패싯에 의해 지배됩니다[25]. 그러나 이론 및 실험 연구에 따르면 (001)면이 열역학적으로 안정적인 (101) 표면 [26]보다 훨씬 더 활동적이며 염료 또는 QD 흡수에 유리하고 전하 재결합을 지연시키는 데 도움이됩니다 [27,28,29 ]. 또한 (001) 패싯의 밴드 에지가 (101) 패싯보다 낮은 것으로 확인되어 전압 향상에 유리합니다[30].
다양한 TiO2 나노시트(NS), 속이 빈 구 및 나노튜브[31,32,33,34]를 포함하여 높은 (001) 노출면을 갖는 나노구조가 DSSC 시스템에 사용되었습니다. 특히, 아나타제 TiO2 (001) 노출면의 비율이 높은 NS는 물 분해, 광촉매 및 리튬 이온 배터리에서 잠재적으로 성능 향상으로 이어지는 독특한 표면 구조 특성을 나타내는 것으로 입증되었습니다[31, 35, 36]. 그러나 우리가 아는 한 새로운 (001) facet-tailed TiO2의 사용에 대한 보고는 훨씬 적습니다. QDSSC 시스템의 나노시트 구조[28]. 이 작업에서 우리는 TiO2의 광전지 성능에 대한 비교 연구를 제시합니다. NS 및 NP 기반 CdSe/CdS QDSSC. TiO2 높은 (001) 노출면을 갖는 NS는 열수법[37]을 통해 제조되었으며 TiO2 NP는 상업용 Degussa P-25를 사용했습니다. TiO2의 기공 크기, 비표면적 및 다공성이 NS는 일반적으로 P-25의 NS보다 우수했습니다. 결과 TiO2 NS 기반 CdSe/CdS QDSSC는 4.42%의 에너지 변환 효율을 보여 유사한 제조 조건에서 P-25 기반 참조 셀에 비해 최대 54%까지 크게 향상되었습니다.
방법
다양한 TiO의 준비2 광양극
아나타제 TiO2 높은 (001) 노출면을 갖는 NS는 열수 방법을 통해 합성되었습니다[37]. 간단히 말해서, 2.4ml의 불화수소산(Aldrich, 48%wt%)을 먼저 30ml의 티타늄 부톡사이드(Ti(OBu)4 , Aldrich,> 97%), 혼합물을 건조된 테플론 라이닝된 스테인리스강 오토클레이브에 밀봉했습니다. 합성 과정은 전기 오븐에서 16시간 동안 180°C에서 수행되었습니다. 결과 TiO2 NS 침전물을 원심분리로 수집하고 탈이온수와 에탄올로 여러 번 세척했습니다. 두 종류의 스크린 인쇄 가능한 페이스트, TiO2 NS 및 상업용 P-25는 6 g의 TiO2를 혼합하여 준비했습니다. NSs(또는 P-25 분말), 20 ml 테르피네올 및 30 ml 10 wt% 에틸 셀룰로스(EC)를 둥근 바닥 회전식 증발기 플라스크에 넣습니다. 초음파 처리 및 농축 후, 생성된 13중량% 균질 페이스트를 불소 도핑된 산화주석(FTO) 유리 기판(제곱당 10옴, 두께 2.2mm)에 스크린 인쇄로 코팅했습니다. 마지막으로 스크린 인쇄된 TiO2 NS 및 P-25 광양극은 우수한 전기 전도를 허용하기 위해 공기 중에서 1 시간 동안 500 °C에서 어닐링되었습니다.
CdS/CdSe QD의 증착 및 민감화
QDSSC에서 금속 산화물에 QD를 증착하는 방법은 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. CdSe 양자점을 위한 화학 기상 증착 공정; 및 (2) 변형된 리간드를 통한 미리 준비된 QD 콜로이드의 흡수. 후자의 방법이 QD 크기와 표면 수정을 제어하는 것이 더 쉽지만 금속 산화물 방법에서 직접 접촉과 관련된 in situ 성장은 제조 비용이 더 낮습니다[17]. 이 작업에서 두 개의 서로 다른 광양극인 TiO2 NS 및 P-25는 각각 SILAR 및 CBD 프로세스를 사용하여 CdS 및 CdSe QD로 제자리에 민감했습니다. CdS QD 증착을 위해 두 개의 개별 전구체 용액이 준비되었습니다. 20 mM CdCl2 및 20 mM Na2 S는 메탄올과 탈이온수(1:1, v /v) 양이온 및 음이온 소스로 각각. TiO2 모두 NS 및 P-25 광양극은 먼저 Cd
2+
에 담그었습니다. 1 분 동안 전구체 용액에 담근 후 S
2−
1 분 동안 전구체 용액. 각 침지 전에 광양극을 메탄올로 헹군 다음 N2로 건조했습니다. 흐름. 이러한 절차를 여러 사이클 반복하여 적절한 CdS QD 층을 형성했습니다. CdS QD에 대한 CdSe QD의 후속 증착을 위해 TiO2 /CdS 광양극은 2.5 mM Cd(CH3 COO)2 , 2.5 mM Na2 SeSO3 및 75 mM NH4 오. 증착 공정은 1 시간 동안 70 °C에서 유지되었습니다. CdSe QD의 로딩은 반응 주기 수를 조정하여 제어했습니다.
QDSSC의 조립 및 특성화
다양한 TiO2 기반 CdS/CdSe QDSSC는 기존의 샌드위치 구조로 조립되었습니다. 백금 코팅된 FTO 유리 및 CdS/CdSe QDs sensitized TiO2 광양극은 함께 밀봉되어 25 μm 고온 용융 폴리머 스페이서(DuPont Surlyn)로 분리되었습니다. 0.2 M Na2로 구성된 다황화물 전해질 S, 0.2 M S, 0.02 M KCl 수용액을 전극 사이의 공간에 주입하였다. 모든 QDSSC의 활성 영역은 ~ 0.16 cm
2
였습니다. (~ 0.4 cm × 0.4 cm).
모든 CdS/CdSe QDSSC는 전계 방출 주사 현미경(FE-SEM, JEOL JSM-6500F), 투과 전자 현미경(TEM, JEOL JEM-3000F 및 Hitachi HT7700) 및 입사 X선 회절(GIXRD, PANalytical X)을 사용하여 특성화되었습니다. '퍼트 프로 MPD). 다양한 TiO2에 QD 로딩 광양극은 유도 결합 플라즈마 질량 분석기(ICP-MS, Agilent 7500ce)에 의해 추정되었습니다. 태양광 전지의 전류-전압 특성 및 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 측정은 시뮬레이션된 단일 태양 조명(100 mW/cm
2
, AM 1.5 G). 전류 효율로 변환된 입사 광자(IPCE)는 DC 모드에서 모노크로메이터가 있는 150W XQ 램프를 사용하여 측정되었습니다. 텅스텐 할로겐 램프가 장착된 UV-VIS 분광광도계(Jasco V-670)를 사용하여 흡광도를 측정했습니다.
결과 및 토론
이 연구에서 아나타제 TiO2 높은 (001) 노출면을 갖는 NS는 열수 방법을 통해 QDSSC의 광양극으로 준비되었습니다. 그들의 성능이 조사되고 논의되었으며 상업용 나노다공성 Degussa P-25 광양극과 비교되었습니다. TiO2의 결정 구조와 조성 NS는 X선 회절법으로 특징지어졌다. 그림 1a와 같이 TiO2의 식별된 모든 피크는 NS는 순수 아나타제 TiO2로 인덱싱될 수 있습니다. 정방정계 구조의 위상 및 공간 그룹 I41 /amd(JCPDS 카드, No.71-1169), 루틸 위상이 관찰되지 않습니다. (004) 및 (200) 반사 피크는 c를 나타냅니다. - 그리고 a - 각각의 축. 향상된 날카로운(200) 피크는 잘 결정화된 TiO2를 나타냅니다. a를 따라 성장한 NS -중심선. P-25의 일반적인 FE-SEM 이미지는 그림 1b에 나와 있습니다. TiO2의 FE-SEM 및 TEM 이미지 NS는 각각 50 nm의 평균 측면 길이와 5 nm의 두께로 잘 정의된 시트 모양을 나타내는 그림 1c와 d에 표시됩니다. 고해상도 TEM 이미지(그림 1d 삽입)는 단일 TiO2의 측면도를 보여줍니다. NS 크리스탈. 아나타제 TiO2의 (001) 평면에 해당하는 0.235 nm의 격자 간격을 직접 관찰할 수 있습니다. NS. 위 결과의 분석은 TiO2의 ~ 0%를 나타냅니다. NS는 노출된(001) 패싯으로 구성됩니다(추가 파일 1 참조). 대조적으로, P-25의 경우, 노출된 (001) 패싯의 백분율은 10% 미만이며, (101), (110) 등의 패싯이 90% 이상을 지배합니다. TiO2의 비표면적 및 기공 크기 분포 NS 및 P-25 광양극은 질소 흡수 및 탈착 등온선을 사용하여 조사되었습니다. 그림 2와 같이 TiO2의 등온선 NS 광양극은 BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller) 분류에 따라 유형 IV로 식별됩니다[38]. 높은 상대 압력에서 해당 히스테리시스 루프(P /피오 ) 0.75–1의 범위는 H3 유형에 속하며 슬릿 같은 중간 기공과 거대 기공의 존재를 나타냅니다. 이러한 유형의 다공성 구조는 상대적으로 높은 표면적과 큰 총 기공 부피를 제공합니다. BET 비표면적은 ~ 52.8 cm
2
로 결정되었습니다. g
−1
, 그림 2의 삽입과 같이 Barrett-Joyner-Halenda(BJH) 기공 크기 분포를 기반으로 합니다. 표 1은 TiO2의 표면 구조에 대한 자세한 정보를 요약한 것입니다. NS 및 P-25. TiO2의 상대적으로 더 큰 결정 크기, 더 큰 기공 크기 및 더 큰 표면적 NS는 CdS/CdSe QD의 흡수에 유리합니다.
<그림>
아 베어 TiO2의 XRD 패턴 NS 및 P-25. ㄴ , ㄷ 베어 TiO2의 SEM 이미지 NS 및 P-25, 각각. d 순수한 TiO2의 TEM 및 HRTEM(삽입) 이미지 NS
<그림>
순수한 TiO2의 질소 흡탈착 등온선 및 기공 크기 분포(삽입) NS 및 P-25
계단식 CdS/CdSe QD는 넓은 흡수 범위와 우수한 전자 전달 역학 때문에 QDSSC의 공동 증감제로 광범위하게 사용되었습니다[39]. 본 연구에서는 SILAR(CdS QD의 경우) 및 CBD(CdSe QD의 경우) 공정의 코팅 주기의 영향을 먼저 조사한 결과 CdS 및 CdSe QD 증착에 대한 최적 코팅 주기 8과 2, 각기. 2단계 증착 공정으로 계단식 CdS/CdSe QD 증착 후 TiO2의 색상 NS 필름은 흰색에서 암갈색으로 변했습니다. 그림 3a는 CdS/CdSe QD에 민감한 TiO2의 TEM 이미지를 보여줍니다. FTO 유리 기판에서 긁힌 NS. TiO2 표면에 조밀한 CdSe 나노결정이 코팅되어 있음을 알 수 있습니다. 명백한 집계가 없는 NS. 또한 그림 3b의 고해상도 TEM 이미지에서 CdSe QD의 격자 무늬를 명확하게 구분할 수 있으며, 이는 입자 크기가 4-6 nm 범위인 CdSe QD의 높은 결정성을 나타냅니다.
<그림>
아 TEM 및 (b ) CdS/CdSe 민감 TiO2의 HRTEM 이미지 NS
그림 4는 CdS/CdSe QD에 민감한 TiO2의 UV-VIS 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. 유사한 증착 조건에서 준비된 NS 및 P-25 전극. 일반적으로 콜로이드 양자점에서 관찰되는 여기자 흡수 피크는 SILAR 및 CBD 공정에 의해 제조된 양자점의 광범위한 크기 분포로 인해 여기에서도 검출되었습니다. CdS 및 CdSe QD의 해당 밴드갭은 여전히 흡수 가장자리에 의해 각각 2.67 및 1.78 eV로 식별될 수 있습니다. 분명히 이러한 값은 벌크 CdS(2.25 eV) 및 CdSe(1.7 eV)보다 크며, 이는 두 나노결정의 입자 크기가 순차적인 화학 증착 후에도 여전히 양자 구속의 규모 내에 있음을 나타냅니다. 가시 영역에서 TiO2에 대한 더 높은 흡수 P-25 전극과 비교한 NS 전극이 관찰되었으며, 이는 TiO2에 CdS 및 CdSe QD의 부하가 있음을 의미합니다. NS는 P-25보다 높습니다. 또한 ICP-MS를 사용하여 두 가지 다른 유형의 TiO2에 로딩되는 정성적 QD를 얻었습니다. 광양극. BET 및 ICP-MS에서 얻은 결과를 분석하여 TiO2에 흡수된 CdS QD의 표면 농도 NS(5.44 × 10
−9
mol cm
−2
)는 P-25보다 높은 것으로 밝혀졌습니다(4.59 × 10
−9
mol cm
−2
). 이것은 TiO2의 반응성(001) 패싯을 확인합니다. NS는 CdS QD의 부착을 위한 보다 효과적인 사이트를 제공할 수 있으므로 CdS QD에서 CdSe QD의 더 높은 흡광도를 제공합니다. 결과적으로 TiO2에서 CdSe QD의 표면 농도는 NS 광양극도 P-25보다 높습니다(4.57 × 10
−9
mol cm
−2
대 3.77 × 10
−9
mol cm
−2
), 이는 이전에 보고된 결과[15]와 일치합니다. TiO2의 높은 (001) 노출면 NS는 분명히 CdSe/CdS co-sensitizers의 표면 농도를 향상시키고 결과적으로 QDSSCs의 광 수확을 증가시킵니다. TiO2의 태양광 성능 NS 및 P-25 기반 CdSe/CdS QDSSC는 시뮬레이션된 단일 태양 조명(100 mW cm
−2
, AM 1.5 G). TiO2 조사 중인 NS 및 P-25 광양극은 모두 ~ 10 μm 두께입니다. J -V 두 QDSSC의 특성 및 입사 광자-전자 변환 효율이 그림 5에 나와 있고 자세한 광전지 매개변수가 표 2에 표로 나와 있습니다. TiO2 NS 기반 QDSSC는 더 큰 개방 회로 전압(Voc ) 0.58 V, 더 높은 단락 전류 밀도(Jsc ) 15.07 mA cm
−2
, 더 나은 전환 효율성(η ) P-25 기반 QDSSC(Voc =0.52 V, Jsc =11.75 mA cm
−2
, 및 η =2.86%). TiO2 NS 기반 QDSSC는 60mV 더 큰 V를 나타냅니다. oc P-25 기반 셀보다. TiO2에서 개방 회로 전압의 이러한 향상 NS 기반 QDSSC는 (001) 패싯[30]에 대한 플랫 밴드 전위의 음의 이동에 기인할 수 있습니다. 한편 Jsc 금속 산화물에 흡수된 빛의 양에 비례합니다. 따라서 더 큰 Jsc TiO2에서 NS 기반 QDSSC는 ICP-MS의 결과와 일치하며 반응성 아나타제(001) 패싯이 단위 면적당 양자점 로딩을 선호함을 확인합니다. 따라서 반응성이 높은 TiO2의 활용 광양극으로서의 NS는 TiO2의 광전류를 크게 향상시킬 수 있습니다. - 기반 광전지 장치. 또한, TiO2의 더 큰 기공 크기 NS는 TiO2에서 빛의 산란을 줄입니다. NS. 이것은 빛이 TiO2 내에서 이동할 수 있는 더 긴 거리를 허용합니다. NS, 따라서 전자 흡수 확률을 향상시킵니다. 그림 5b와 같이 TiO2의 IPCE 스펙트럼 에지는 NS 기반 QDSSC는 675 nm에 위치하며, 이는 P-25 기반 QDSSC와 비교할 때 약간 적색 편이됩니다. 일반적으로 IPCE 값은 광양극의 광 수확 효율, 전하 주입 효율 및 전하 수집 효율에 의해 결정됩니다. 결과는 UV-VIS 흡수 스펙트럼과 잘 일치하며 IPCE 곡선에서 통합된 광전류는 J-V와 잘 일치합니다. 측정. P-25 기반 QDSSC와 비교하여 TiO2 NS 기반 QDSSC는 300–800 nm의 측정 범위에서 더 높은 IPCE 값을 가지며 최대 IPCE 값은 ~ 75%입니다.
<그림>
~ 3-μm 두께의 TiO2의 UV-VIS 흡수 스펙트럼 NS 및 P-25는 CdS 및 CdSe QD에 민감합니다. 괄호 안의 숫자는 SILAR(CdS의 경우) 및 CBD(CdSe의 경우) 공정의 코팅 주기를 나타냅니다.
<그림>
(아 ) J-V 특성 및 (b ) TiO2 NS 및 P-25 기반 QDSSC의 IPCE 스펙트럼
TiO2의 반응성이 높은 (001) 표면 NS는 QD 흡수에 보다 효과적인 표면적을 제공하는 것으로 확인되었습니다. 또한 TiO2 NS는 TiO2에서 표면 트랩 및 재조합 센터를 줄일 것으로 예상됩니다. - 전자 수송을 위한 NS/전해질 계면 [37]. 현재 QDSSC에서 계면 전하 이동 및 전하 수송 프로세스의 역학에 대한 더 나은 통찰력을 얻기 위해 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 측정[40,41,42]이 수행되었습니다. 그림 6a는 개방 회로 전압 조건에서 단일 태양 조명 하에서 두 QDSSC의 Nyquist 플롯을 표시합니다. 여기서 실험 데이터는 기호로 표시되고 실선 피팅 곡선은 그림과 같이 QDSSC 등가 회로를 사용하여 Zview 소프트웨어에 의해 얻어집니다. 그림 6b에서. 전자 수송의 피팅 매개변수는 표 3에 나열되어 있습니다. 여기서 τ에프 전자 유효 수명, R와 (=r와 .엘 )는 TiO2의 전자 수송 저항입니다. , Rㅋ (=rㅋ /엘 )는 TiO2에서 전자의 재결합과 관련된 전하 이동 저항입니다. /전해질 인터페이스, Dn 유효 전자 확산 계수, Ln TiO2의 전자 확산 길이 , 및 L (~ 10 μm)는 전극의 두께입니다. 디n 다음 방정식[43]에 따라 추정됩니다.
아 TiO2의 나이퀴스트 플롯 V에서 측정된 NS 및 P-25 기반 QDSSC oc 한 태양 조명 아래서. 삽입:해당 위상 보드 플롯. ㄴ QDSSC의 등가 회로, 여기서 Rs 는 직렬 저항입니다. Rpt 및 Cpt 는 각각 Pt/전해질 계면에서의 전하 이동 저항 및 계면 커패시턴스이고; RFT 및 CFT FTO/TiO2에서의 저항 및 계면 커패시턴스 각각 연락; RFTO 및 CPEFTO 는 각각 FTO/전해질 계면에서 전기 이중층의 전하 이동 저항 및 정상 요소
그림 6a의 삽입된 위상 보드 플롯에서 QDSSC의 특성 피크 주파수, f를 얻을 수 있습니다. 피크 , 전자 손실에 대한 1차 반응 속도 상수, k에프 ≈ 2πf최대 . τ에프 그러면 다음과 같이 추정할 수 있습니다.
TiO2 NS 기반 QDSSC는 P-25 기반 QDSSC에 비해 특성 피크 주파수가 낮으며 TiO2의 전자를 나타냅니다. NS는 더 확산될 수 있습니다. 결과는 나노시트 구조의 사용이 전자 수송을 선호하고 전하 재결합을 억제한다는 것을 보여줍니다. 장착된 작은 R와 더 큰 Rㅋ TiO2용 NS 기반 QDSSC도 결과를 확인합니다. 더 작은 R와 TiO2용 NS 기반 QDSSC는 결정질(001) 패싯의 연결 네트워크가 더 나은 지향성 전자 경로를 제공하여 입자 계면 효과를 최소화하고 TiO2에서 전자 손실을 줄인다는 것을 나타냅니다. FTO 기판에 대한 NS. 마찬가지로 피팅 결과도 TiO2 NS 기반 QDSSC에는 더 큰 R이 있습니다. ㅋ (28.26 Ω) P-25 기반 QDSSC(8.98 Ω)보다 더 큰 Rㅋ TiO2에서 QD의 더 높은 표면 커버리지로 인해 전자 재결합 과정에 대해 더 높은 저항을 나타냅니다. NS, 커버되지 않은 TiO2에서 역반응에서 더 많은 전자가 살아남음 -NS/전해질 인터페이스. P-25 기반 QDSSC에 ZnS 패시베이션 처리 기술을 사용한 이전 보고서에서도 유사한 결과가 나타났습니다[40]. 해당 전자 확산 길이 Ln TiO2의 NS는 P-25보다 2배 긴 ~ 21 μm로 추정되었습니다. 또한 Ln TiO2의 NS는 광양극의 두께(21 μm 대 10 μm)보다 훨씬 긴 것으로 발견되어 대부분의 광 생성 전자가 재결합 없이 수집될 수 있음을 의미합니다. TiO2의 높은 전자 수집 효율 NS 필름은 높은 IPCE 값으로 나타났습니다.
결론
2D 아나타제 TiO2 높은 (001) 노출면을 갖는 NS는 손쉬운 열수 공정에 의해 준비되었으며 CdS/CdSe 동시 증감 태양 전지의 광양극으로 사용되었습니다(그림 5). TEM 연구 및 UV-VIS 흡수 스펙트럼은 결정성이 높은 TiO2를 보여줍니다. (001) 패싯의 70% 이상을 가진 NS. TiO2 모두 NS 및 P-25 기반 QDSSC는 광전지 성능과 전자 수송 및 재결합의 역학 측면에서 특징이 있습니다. TiO2 NS 기반 QDSSC는 4.42%의 전체 에너지 변환 효율을 수행할 수 있으며, 이는 유사한 제조 조건에서 P-25 기반 셀(2.86%)과 비교하여 54% 향상에 해당합니다. 또한 TiO2의 경우 450–600 nm의 파장 범위에서 70% 이상의 IPCE 값을 얻을 수 있습니다. TiO2의 더 높은 광 수확 및 전자 수집 효율로 인한 NS 기반 QDSSC NS 광양극. EIS 분석은 또한 TiO2의 지배적인 (001) 측면을 확인합니다 NS는 TiO2의 전력 변환 효율을 극적으로 향상시킬 수 있습니다. 기반 CdS/CdSe 민감 QDSSC 시스템. 이 발견은 (001) 지향 TiO2를 이용할 가능성을 보여줍니다. QD가 TiO2에 고정될 수 있으므로 콜로이드 QDSSC 애플리케이션의 NS 추가 링커가 필요 없는 NS(QD와 TiO2 사이의 전자 전달 장벽) 대부분의 경우에). 또한 TiO2의 활용 본 연구에서 NS는 제조공정이 복잡하지 않고 고가의 첨가제가 필요하지 않기 때문에 안정적, 대량생산, 저가 등의 장점을 보였다.
