염료 감응 태양 전지용 MoIn2S4@CNTs 복합 상대 전극 합성

초록

삼항 및 합성 MoIn₂ S₄ 고슴도치 볼 구조의 @CNTs 상대 전극(CE)은 손쉬운 1단계 열수 방법을 사용하여 합성되었습니다. 합성 MoIn₂ S₄ @CNTs 필름은 N₂를 통해 큰 비표면적을 보유합니다. 더 많은 전해질을 흡착하고 전극에 더 큰 활성 접촉 영역을 제공하는 데 유리한 흡착-탈착 등온선 테스트. 또한 합성 MoIn₂ S₄ @CNTs CE는 순환 전압전류법, 전기화학 임피던스 및 Tafel 곡선을 포함한 일련의 전기화학 테스트에서 만들어진 낮은 전하 이동 저항과 미세한 전기촉매 능력을 나타냅니다. 최적의 조건에서 MoIn₂ 기반 DSSC S₄ @CNTs-2 복합 CE는 8.38%의 인상적인 전력 변환 효율을 달성하며, 이는 MoIn₂을 사용하는 DSSC의 전력 변환 효율을 훨씬 능가합니다. S₄ CE(7.44%) 및 Pt 전극(8.01%). 현재 작업은 DSSC를 위한 간소화된 준비 과정을 제공합니다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

최근 수십 년 동안 심각한 에너지 부족과 환경 파괴가 증가함에 따라 기존 화석 연료를 대체하는 재생 에너지의 개발 및 활용이 시급합니다[1, 2]. 염료감응 태양전지(DSSC)는 환경 친화성, 손쉬운 준비 과정, 뛰어난 광전지 성능 등으로 인해 광범위한 연구를 끌어왔다[3, 4]. 상대전극(CE)은 DSSC의 중요한 구성요소 중 하나로 외부회로에서 전자를 모아 I₃의 환원반응을 촉매하는 역할을 합니다. ^- 나에게⁻ 액체 전해질 [5, 6]. 일반적으로 이상적인 CE 재료는 높은 전기 전도성과 뛰어난 촉매 활성의 장점을 포함합니다. 그러나 널리 보급되고 효율적인 CE 재료인 백금(Pt)은 희소성, 고가 및 낮은 장기 안정성이라는 주요 약점으로 인해 대규모 상업화 응용에 제한되어 있습니다[7, 8]. 따라서 수년 동안 DSSC에 적용된 쉽게 접근 가능하고 비용 효율적이며 Pt와 같은 촉매 활성을 개발하기 위해 많은 노력을 기울였습니다[9].

지금까지 탄소계 물질[10, 11], 전이금속 칼코게나이드[12], 전도성 고분자[13], 금속 합금[14] 및 이들의 화합물[15, 16]과 같은 다양한 종류의 뛰어난 대체 물질이 제안되었습니다. ]. 그 중 이원 전이금속 칼코게나이드는 독특한 구조와 화학적 성질로 인해 많은 관심을 받았다. 예를 들어 합성된 MoS₂ FTO 기판에서 DSSC [17]에 대한 CE로서 극도로 광전 성능을 이끌어내는 샌드위치 층 구조, 더 큰 표면적 및 더 활성 가장자리 사이트를 나타냅니다. 한편, I₃의 촉매 활성에 초점을 맞춘 광범위한 연구 작업 ^- WS₂에 대해서도 축소되었습니다. [18], FeS₂ [19], CoS [20] 및 NiS₂ [21], Pt 전극과 비슷하거나 훨씬 더 우수합니다. 그럼에도 불구하고 낮은 전기 전도도와 2개의 고정된 화학 조성과 같은 이러한 재료의 고유한 특성은 촉매 활성의 추가 개선을 방해했습니다[22]. 따라서 위에서 언급한 단점을 극복하기 위한 다양한 방법을 채택하여 구성 요소 조정, 구조 설계 및 형태 조정을 통해 다원 전이 금속 칼코게나이드를 합성했습니다. 다행히도 상당수의 다원 전이 금속 칼코게나이드가 NiCo₂와 같은 DSSC의 촉매 능력을 크게 향상시켰습니다. S₄ [23], 최소₂ S₄ (M =Fe, Co, Ni) [22], CuInS₂ [24], CoCuWS_x [25] 및 Ag₈ GeS₆ [26], 촉매 능력이 이진 대응물보다 분명히 훨씬 낫습니다.

또한 탄소나노튜브(CNT)는 다른 물질의 합성 및 개질에 널리 사용되는 큰 비표면적, 우수한 전기전도도, 높은 기계적 강도 및 광화학적 안정성과 같은 상당히 새로운 특성을 나타내는 것으로 널리 알려져 있습니다[27]. 유감스럽게도 CNT는 I₃에 대해 전기 촉매 활성이 좋지 않습니다. ^- DSSC 장치에서 독립적으로 응용 프로그램을 크게 제한합니다. 다행히도 많은 연구에서 CNT로 수정된 복합 CE가 모두 DSSC에 대해 크게 개선된 광전 성능을 얻었다는 것을 보여주었습니다[18, 28, 29]. Liu et al. Cu₂의 꽃과 같은 계층 구조를 보고했습니다. MnSnS₄ /CNT(CMTS/CNT) DSSC에서 solvothermal 방법을 통한 CE는 CMTS(6.21%) 및 Pt(8.37%) CE를 사용한 DSSC보다 훨씬 높은 8.97%의 광전 변환 효율을 얻었습니다[29].

위의 고려 사항을 기반으로 본 연구에서는 MoIn₂ S₄ 헤지호그 볼 구조를 가진 DSSC의 @CNT 합성 CE는 손쉬운 1단계 열수 방법을 사용하여 합성되었으며 더 높은 장치 성능을 향상시킬 것으로 기대되었습니다. 주사 전자 현미경 결과는 CNT 함량이 다르면 형태에 가시적인 변화가 있음을 보여줍니다. 순환 전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 Tafel 곡선 테스트를 포함한 일련의 전기화학적 특성화에 따르면 MoIn₂ S₄ @CNTs CE는 놀라운 촉매 활성과 미세한 전하 이동 저항을 나타냅니다. MoIn₂으로 조립된 DSSC S₄ 적절한 함량의 @CNTs CE는 8.38%의 우수한 전력 변환 효율을 달성하며, 이는 Pt CE 기반 DSSC(8.01%)보다 우수합니다.

방법

자료

몰리브덴산나트륨 이수화물(Na₂ MoO₄ ·2H₂ O), 염화인듐 사수화물(InCl₃ ·4H₂ O) 및 티오아세트아미드(TAA)는 중국 Shanghai Chemical Agent Ltd.에서 구입했으며 추가 정제 없이 직접 사용했습니다. 탄소 나노튜브(CNT)는 중국 Aladdin Chemical Agent Ltd.에서 입수했습니다. 상업용 Z907 염료는 Solaronix Ltd.(Switzerland)에서 구입했습니다. 불소 도핑 SnO₂ (FTO) 유리, NSG, 일본에서 구입(15 Ω sq⁻¹ )을 1.5 cm × 2.0 cm의 정사각형으로 자른 후 세제, 아세톤, 에틸알코올로 차례로 세척했습니다.

다공성 TiO의 준비₂ 광양극

TiO₂의 콜로이드 우리의 이전 작업으로 준비되었습니다 [30]. 염료감응 TiO₂ 광양극은 다음과 같이 제작되었습니다:먼저, 0.283 cm² 의 노출 영역을 가진 3-M 테이프(두께 50 μm) FTO에 첨부했습니다. 이어서 준비된 TiO₂ 블레이드 코팅법을 이용하여 콜로이드를 코팅하였다. 둘째, 건조 TiO₂ 전극은 머플로에서 30분 동안 450°C에서 소결되었습니다. 그 후 TiO₂ 전극을 40mM 사염화티타늄(TiCl₄ ) 수용액을 70 °C에서 30 분 동안 가열한 다음 공기 중에서 450 °C에서 30분 동안 어닐링합니다. 실온으로 냉각한 후 TiO₂ 전극을 염료 Z907(0.3 mM) 무수 에탄올 용액에 24시간 동안 침지하여 충분한 염료를 흡착하고 생성된 염료 감응 TiO2를 얻었다. 광양극.

삼원 MoIn 제작₂ S₄ @CNT CE

모인₂ S₄ 박막은 우리의 이전 보고서를 참조하는 간단한 접근 방식으로 FTO 기판에 직접 성장되었습니다[31]. 일반적인 준비에서 0.0696 g Na₂ MoO₄ ·2H₂ O, 0.169 g InCl₃ ·4H₂ O 및 0.1394 g TAA를 모든 반응물이 용해될 때까지 2 시간 동안 초음파 처리 하에 30 ml 탈이온수에 확산시켰다. 미리 세척된 FTO 기판을 위의 전구체 혼합물을 그 안으로 옮기기 전에 전도성 면이 위로 향하게 하여 100ml 테플론 라이닝된 스테인리스강 오토클레이브에 넣었습니다. 밀봉 후, 오토클레이브를 오븐에 넣고 15시간의 반응 시간 동안 200°C에서 가열하였다. MoIn₂으로 덮인 FTO 유리 기판 S₄ 재료를 오토클레이브에서 꺼내고 에탄올, 탈이온수로 세척한 다음 60°C에서 12시간 동안 공기 중에서 건조했습니다.

CNT 함량이 제작된 합성물 CE 및 DSSC 성능에 미치는 영향을 연구하기 위해 CNT 함량이 10, 20, 30mg인 세 가지 샘플을 포함하여 전구체에 첨가되는 CNT의 다른 함량을 수행했습니다. , 각각 다른 시약 및 제조 프로세스를 변경하지 않고 유지합니다. 위의 샘플은 MoIn₂으로 표시되었습니다. S₄ (0 mg), MoIn₂ S₄ @CNTs-1(10 mg), MoIn₂ S₄ @CNTs-2(20 mg) 및 MoIn₂ S₄ @CNTs-3(30 mg).

비교를 위해 열분해된 Pt CE를 기준 CE로 사용했습니다. H₂ 백금₆ FTO 유리 표면에 isopropanol 용액(0.50 wt%)을 적하한 후 450 °C 머플로에서 30분 소성하여 Pt CE를 제작하였다.

DSSC 제작

샌드위치 구조의 DSSC는 샘플 CE(MoIn₂ 포함 S₄ , 다양한 모인₂ S₄ @CNT 및 Pt CE)와 함께 준비된 염료 감응 TiO₂ 광양극. Surlyn은 전극 사이의 스페이서로 사용되었고 0.60 M tetrabutylammonium iodide, 0.10 M Lithium iodide, 0.05 M iodine 및 0.50 M 4-tert-butyl-pyridine acetonitrile 용액으로 구성된 액체 산화 환원 전해질로 공간을 채웠습니다. 피>

특성

샘플의 화학 원소 조성은 X선 광전자 분광법(XPS) 분석(Kratos Axis Ultra)을 사용하여 특성화되었습니다. 시료의 형태학적 특징은 전계방출 주사전자현미경(FESEM, JSM-7001F)으로 관찰하였다. 표면적 및 기공 크기 분포를 테스트하기 위해 질소 흡수에 의한 JW-K 분석기를 사용하여 BET 비 표면적 방법을 사용했습니다. 다른 관련 전기화학적 특성은 CHI660E 전기화학적 워크스테이션으로 조사했습니다. 0.1–10⁵ 주파수 범위에서 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 수행했습니다. 5 mV의 교란 진폭을 갖는 Hz. DSSC의 광전지 성능은 전류 밀도-전압(J -V ) 100 mW cm⁻² 조사 시 특성 곡선 태양광 시뮬레이터(CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd)에서.

결과 및 토론

구성 및 형태

XPS는 MoIn₂의 각 원소의 표면 조성과 화학적 상태를 조사하는 데 사용됩니다. S₄ 및 MoIn₂ S₄ @CNTs 영화. MoIn₂의 조사 데이터 스펙트럼 S₄ 및 MoIn₂ S₄ @CNTs-2 샘플은 Mo, In, S 및 C(참조용) 요소의 존재를 확인하기 위해 그림 1a에 나와 있습니다. 또한, 284.6 eV[17]의 결합 에너지에서 C 1s 피크로 보정된 4개 샘플의 모든 스펙트럼은 그림 1b 및 c에 표시된 가우스 피팅 방법을 통해 분석됩니다. C 1s 피크는 MoIn₂에서 나타났습니다. S₄ 샘플은 공기 노출로 인한 외래 탄소에서 유래한 것으로 잘 알려져 있습니다. Mo 3d 영역에서 228.8 및 232.1 eV의 두 주요 피크는 MoS₂의 Mo 3d5/2 및 Mo 3d3/2에 할당됩니다. [32], 각각. 이 결과는 Mo 원소가 Mo⁴⁺ 로 환원되는 IV 산화 상태에 있음을 확인합니다. (모인₂ S₄ ) 월⁶⁺ 부터 (나₂ MoO₄ ) [33]. 445.2 및 452.2 eV의 결합 에너지에서 이중선 피크는 In 3d5/2 및 In 3d3/2에 해당합니다[24, 34]. S 2p 의 XPS 스펙트럼에서 161.8 및 163.1 eV에 위치한 피크는 각각 S 2p3/2 및 2p1/2에 속하며, 이는 S₂ ^- [17, 32]. 위의 결과는 우리의 이전 연구와 잘 일치합니다[31]. 또한 조사에서 다른 원소나 추가 피크가 발견되지 않아 합성된 샘플이 유사한 화학 조성과 구조를 가지고 있음을 재확인합니다.

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샘플의 XPS 스펙트럼

준비된 MoIn₂의 표면 형태 S₄ 및 MoIn₂ S₄ @CNTs 나노필름은 그림 2의 SEM 이미지로 관찰됩니다. 그림 2a에서 MoIn₂ S₄ 샘플은 균일하고 매끄럽고 조밀한 표면을 가진 꽃잎과 같은 나노시트 구조를 나타냅니다. MoIn₂과 달리 S₄ 나노필름, 고슴도치 볼 구조는 MoIn₂에서 발견됩니다. S₄ 그림 2b–d의 @CNT 샘플 및 MoIn₂의 평균 직경 S₄ @CNTs 나노구는 약 890 nm입니다. 많은 네트워크 나노시트가 FTO 기판에서 완전히 성장한 것을 쉽게 관찰할 수 있습니다. MoIn₂과 비교 S₄ 낮은 @CNT 샘플(MoIn₂ S₄ @CNTs-1) 및 높음(MoIn₂ S₄ @CNTs-3) CNT 함량, 중간 함량의 샘플(MoIn₂ S₄ @CNTs-2)는 MoIn₂ 네트워크에서 더 많은 고슴도치 볼과 나노시트 어레이를 나타냅니다. S₄ . FTO 기판에 많은 수의 고슴도치 볼이 있는 네트워크 나노시트 어레이 구조 간의 우수한 접촉 성능은 I₃ 감소를 촉진합니다. ^- MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE는 MoIn₂보다 더 나은 성능을 달성할 것입니다. S₄ , 모인₂ S₄ @CNTs-1 및 MoIn₂ S₄ @CNTs-3 CE. 또한 MoIn₂ 사이의 다른 형태 S₄ 및 MoIn₂ S₄ @CNT는 CNT가 샘플의 형태를 제어하는 데 중추적인 역할을 한다는 것을 나타냅니다.

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a의 SEM 이미지 모인₂ S₄ , b 모인₂ S₄ @CNTs-1, c 모인₂ S₄ @CNTs-2 및 d 모인₂ S₄ @CNTs-3

그림 3은 다양한 샘플의 XRD 패턴을 보여줍니다. 그 중 25.74°와 42.85°의 회절 피크는 CNT의 신호에 기인합니다[31]. 2θ =27.5, 33.4, 43.7, 47.9, 56.2 및 59.6°에서의 회절 피크는 (311), (400), (511), (440), (533) 및 (444) 결정면(JCPDS)에 속합니다. In₂의 카드 번호 32-0456) S₃ . 14.4 및 66.5°의 피크는 MoS₂에 대한 입방 구조(JCPDS 카드 번호 37-1492)의 (002) 및 (114) 결정면으로 간주됩니다. [33]. MoIn₂에서 S₄ @CNTs-2 및 MoIn₂ S₄ 샘플에서 위에서 논의한 피크는 두 샘플 모두에서 잘 나타납니다. MoIn₂과 비교 S₄ 샘플에서 25.74°에서 CNT의 피크는 MoIn₂에서 명확하게 볼 수 있습니다. S₄ @CNTs-2 XRD 패턴. 따라서 MoIn₂ S₄ @CNTs-2 재료가 성공적으로 합성되었으며 불순물 유입이 없습니다.

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다양한 샘플의 XRD 패턴

N₂ 흡착-탈착 등온선을 측정하고 그림 4에 표시하여 비표면적 및 기공 특징을 탐색합니다. 일반적으로 더 큰 비표면적은 CE/전해질 계면에서 더 편리한 전하 전송을 용이하게 합니다[35]. 그림 4에서 샘플이 유형 IV 흡착-탈착 거동의 명백한 히스테리시스 루프를 가지고 있으며 Brunauer-Emmett-Teller(BET) 및 Barrett-Joyner-Halenda(BJH) 방법에서 계산된 해당 데이터가 표에 나와 있음을 보여줍니다. 표 1. 이에 비해 MoIn₂의 비표면적과 평균 기공 직경이 S₄ @CNT 샘플은 MoIn₂보다 훨씬 좋습니다. S₄ . 3개의 MoIn₂ 중 S₄ @CNT 샘플, MoIn₂ S₄ @CNTs-2는 66.80 m² 의 가장 큰 비표면적을 보여줍니다. g⁻¹ 그리고 17.8 nm의 가장 작은 평균 기공 직경은 적당한 CNT의 도핑 후 우수한 고슴도치 볼 구조에 기인할 수 있습니다. MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE는 미세한 촉매 활성을 얻어 고효율 장치 성능을 달성합니다.

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N₂ 다양한 시료의 흡탈착 등온선

전기화학적 특성

CV 측정은 60 mV s⁻¹ 의 스캔 속도에서 − 0.6 ~ 1.0 V의 전위 범위에서 얻은 샘플의 전기 촉매 거동을 연구하기 위해 수행됩니다. MoIn₂용 S₄ 및 MoIn₂ S₄ @CNTs CE 및 계산된 값은 표 1에 요약되어 있습니다. 그림 5a의 각 CV 곡선에서 두 쌍의 산화 및 환원 피크의 왼쪽 피크는 방정식에 귀속됩니다(I₃ ^- + 2e⁻ ↔ 3I⁻ ), 특히 DSSC에서 CE 재료의 전기 촉매 활성 성능을 결정합니다[23, 36]. 음의 감소 피크 전류 밀도의 값(J _PC CV 테스트의 주요 매개변수인 )은 Pt(3.80 mA cm⁻² 차수를 따릅니다. ) <모인₂ S₄ (4.31 mA cm⁻² ) <모인₂ S₄ @CNTs-1(4.68 mA cm⁻² ) <모인₂ S₄ @CNTs-3(5.09 mA cm⁻² ) <모인₂ S₄ @CNTs-2(7.47 mA cm⁻² ). 분명히 MoIn₂ S₄ CE 자체는 우수한 촉매 활성을 가지며 MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE는 훨씬 더 높은 J를 나타냅니다. _PC Pt, MoIn₂보다 S₄ CE 및 다른 두 종류의 MoIn₂ S₄ @CNTs CE는 독특한 표면 형태, 도핑된 CNT의 시너지 효과 및 더 큰 표면적에 기인합니다. 결과는 MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE는 I⁻ 에 대한 미세한 전기촉매 활성을 가지고 있습니다. /나₃ ^- DSSC CE의 산화환원 커플. 그림 5b는 MoIn₂의 CV 곡선을 보여줍니다. S₄ 60 mV s⁻¹ 의 스캔 속도에서 @CNTs-2 CE 50 주기 동안 거의 변하지 않습니다. 이는 MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE는 우수한 전기화학적 안정성을 가지고 있습니다.

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아 60 mV s⁻¹ 의 스캔 속도에서 다양한 CE의 CV . ㄴ MoIn₂의 50 사이클 CV S₄ @CNTs-2 CE

그림 6a–c는 MoIn₂의 CV를 보여줍니다. S₄ 서로 다른 스캔 속도에서 @CNTs CE. 스캔 속도가 20에서 120 mV로 증가하면서⁻¹ , 산화 및 환원 피크는 I^- 의 빠른 확산으로 인해 양의 방향과 음의 방향으로 이동합니다. /나₃ ^- CE 표면의 산화환원 커플과 큰 전기화학적 분극 [28]. 또한, 그림 6d는 스위프 속도의 제곱근에 대한 왼쪽 피크 쌍의 양극 및 음극 피크 전류 밀도 간의 관계를 보여줍니다. 잘 맞는 선형 관계는 I^- 의 산화환원 반응을 나타냅니다. /나₃ ^- 확산 제어 이온 수송이 지배적입니다[22, 25].

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MoIn₂ 이력서 S₄ 다른 스캔 속도의 @CNTs CE a 모인₂ S₄ @CNTs-1, b 모인₂ S_4@ CNT-2, c 모인₂ S₄ @CNTs-3 및 d 산화 환원 피크 전류 밀도에 대한 스캔 속도의 영향

그림 7a는 계면 전하 이동 과정의 역학에 대한 추가 정보를 제공하기 위해 다양한 샘플의 Nyquist 플롯을 보여줍니다. 인서트의 모델 등가 회로가 있는 피팅된 곡선에서 만든 EIS 데이터는 표 2에 나열되어 있습니다. 일반적으로 Nyquist 플롯에는 두 개의 반원이 포함되며 왼쪽의 첫 번째 반원은 전하 전달 저항 R을 나타냅니다. _ct CE 및 전해질 인터페이스에서 두 번째 반원은 전해질의 Nernst 확산 임피던스에 해당하는 반면 실제 축의 고주파수 영역에서 곡선의 절편은 직렬 저항 R _s . 일반적으로 R _s 및 R _ct DSSC에서 CE의 촉매 활성을 평가하기 위한 두 가지 중요한 매개변수입니다. 작은 R _s 는 촉매와 기질 사이의 양호한 접촉을 나타내므로 전체 장치의 저항도 작습니다[29, 37, 38]. 한편, 작은 R _ct 높은 전하 이동 속도를 나타냅니다. 표 2에 나와 있는 것처럼 R _s MoIn₂의 값 S₄ , 모인₂ S₄ @CNTs-1, MoIn₂ S₄ @CNTs-2 및 MoIn₂ S₄ @CNTs-3 CE는 24.77, 23.16, 18.96 및 19.58 Ω cm² 입니다. , 각각. 분명히 모든 합성 MoIn₂ S₄ @CNTs CE에는 더 작은 R이 있습니다. _s MoIn₂보다 S₄ MoIn₂의 전도도를 나타내는 CE S₄ @CNTs CE는 CNT를 도핑한 후에 향상됩니다. 또한 4개의 CE 중 R의 트렌드는 _ct MoIn₂입니다 S₄> 모인₂ S₄ @CNTs-1> 모인₂ S₄ @CNTs-3> 모인₂ S₄ @CNTs-2, 이는 CE의 전기화학적 임피던스와 촉매 능력의 역순을 암시합니다. 모인₂ S₄ @CNTs-2 CE는 가장 낮은 R을 보유합니다. _ct 값은 미세 전도도와 MoIn₂을 가진 CNT의 시너지 효과에 기인할 수 있습니다. S₄ 우수한 촉매 능력으로 CE/전해질 계면에서 삼요오드화물을 보다 효과적으로 환원시킵니다. 분명히 MoIn₂의 전도도와 촉매 능력은 S₄ @CNTs 합성 CE는 MoIn₂보다 크게 향상되었습니다. S₄ CE, 결과는 BET 및 CV 테스트와 완전히 일치합니다.

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아 EIS 및 b 대칭 MoIn₂의 Tafel 곡선 S₄ , 모인₂ S₄ @CNTs-1, MoIn₂ S₄ @CNTs-2 및 MoIn₂ S₄ @CNTs-3 CE

다양한 CE의 Tafel 편광 곡선은 그림 7b와 같이 측정되며 해당 매개변수 값은 표 2에 요약되어 있습니다. 일반적으로 표준 Tafel 곡선에는 교환 전류 밀도(J ₀ ) 및 확산 전류 밀도 제한(J _림 ). 제 ₀ 촉매 환원 반응과 관련이 있습니다. J가 클수록 ₀ 즉, 촉매 효과가 더 좋습니다. 제 _림 전해질의 확산 효율과도 양의 관계가 있습니다. 더 큰 J _림 I₃의 더 빠른 확산을 나타냅니다. ^- 이온 [29, 37]. 도 7b 및 표 2에 제시된 바와 같이, J _림 및 J ₀ 모두 Pt 2 순입니다. S₄ <모인₂ S₄ @CNTs-1 <모인₂ S₄ @CNTs-3 <모인₂ S₄ @CNTs-2는 MoIn₂의 촉매 활성이 S₄ @CNTs-2 CE는 CNT를 도핑한 후 크게 향상되었습니다. 위의 CE 중 MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE는 다른 제품에 비해 최고의 촉매 활성을 얻습니다. 가장 큰 J _림 및 J ₀ MoIn₂의 S₄ @CNTs-2 CE는 고슴도치 볼 구조로 만들어진 큰 비표면적과 CNT 도핑에 의해 향상된 전도성에 기인합니다.

DSSC의 태양광 성능

대조적으로, MoIn₂이 있는 DSSC는 S₄ , 모인₂ S₄ @CNT 및 Pt CE는 균일한 광양극 및 전해질로 준비됩니다. J -V 특성 곡선은 태양 1개(AM 1.5 G, 100 mW cm⁻² )에서 측정됩니다. ) 및 해당 태양광 매개변수 값은 표 3에 나열되어 있습니다. 단락 전류 밀도(J _sc ), 개방 회로 전압(V _oc ), 채우기 비율(FF ) 및 전력 변환 효율(η ) 일반적으로 DSSC의 광전지 성능을 평가하기 위해 채택됩니다. FF 그리고 η DSSC의 수는 Eqs에 따라 계산됩니다. (1) 및 (2):

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

여기서 P _안에 는 입사광 전력이고 J _최대 (mA cm^–2 ) 및 V _최대 (V )는 J–V에서 최대 전력 출력 지점의 전류 밀도 및 전압입니다. 곡선, 각각.

그림 8에서 볼 수 있듯이 MoIn₂이 있는 DSSC는 S₄ CNT CE는 7.44%와 3.62%의 전력 변환 효율을 가지고 있습니다. MoIn₂이 있는 DSSC와 비교 S₄ 및 CNT CE, 3개의 MoIn₂으로 조립된 DSSC S₄ @CNTs CE는 개선을 나타냄 J _sc 그리고 η 가치. 또한 J _sc 그리고 η MoIn₂에 기반한 DSSC의 값 S₄ @CNTs CE는 CNT 함량이 10에서 20 mg로 증가함에 따라 증가합니다. CNT 함량을 30 mg까지 추가로 증가시키면서 J _sc 그리고 η . Pt 기반 DSSC와 비교하여 세 가지 MoIn₂ 모두 S₄ @CNT 기반 DSSC는 개선된 η를 나타냅니다. 8.16%, 8.31%, 8.38%로 백금계 DSSC보다 높다(η 동일한 조건에서 8.01%). 특히, MoIn₂으로 조립된 DSSC는 S₄ @CNTs-2 CE는 최고의 태양광 성능을 보여주고 η를 달성합니다. 8.38% 및 해당 J _sc 17.17 mA cm⁻² , V _oc 0.745 V 및 FF 0.655의. MoIn₂을 사용한 DSSC의 향상된 광전 특성 S₄ @CNTs-2 CE는 CNT와 MoIn₂의 시너지 효과 때문이었습니다. S₄ .

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제 -V 서로 다른 CE로 제작된 DSSC의 특성

결론

삼원 모인₂ S₄ 및 MoIn₂ S₄ @CNTs 상대 전극은 손쉬운 1단계 열수 방법을 사용하여 FTO 기판에 제작되고 DSSC에서 제공됩니다. 최적의 조건에서 MoIn₂ 기반 DSSC S₄ @CNTs CE는 모두 우수한 전력 변환 효율을 달성합니다. 특히, MoIn₂이 있는 DSSC S₄ @CNTs-2 복합 CE는 8.38%의 우수한 전력 변환 효율을 나타내며, 이는 MoIn₂이 있는 DSSC보다 훨씬 높습니다. S₄ CE(7.44%) 및 Pt 전극(8.01%). MoIn₂을 사용한 DSSC의 향상된 광전 특성 S₄ @CNTs-2 CE는 CNT와 MoIn₂의 시너지 효과 때문이었습니다. S₄ . 한편, MoIn₂의 시너지 효과 S₄ 전기화학적 성능의 @CNTs CE는 순환 전압전류법, 전기화학적 임피던스 및 Tafel 곡선을 포함한 일련의 전기화학적 테스트에서 확인되었습니다. 합성 MoIn₂ S₄ @CNTs 필름은 N₂를 통해 큰 비표면적을 보유합니다. 더 많은 전해질을 흡착하고 전극에 더 큰 활성 접촉 영역을 제공하는 데 유리한 흡착-탈착 등온선 테스트. MoIn₂의 사실 S₄ DSSC에서 제공되는 @CNTs CE는 광전자 화학 분야에서 전이 금속 복합 반도체의 잠재적 응용 분야를 확장합니다.