Melhoria na eficiência de conversão fotoelétrica para células solares fibrosas flexíveis sensibilizadas por corante

Resumo

Um TiO sensível a corantes e flexível ₂ A fibra com estrutura multicamadas foi preparada usando o método do pincel como fotoanodo nas células solares fibrosas flexíveis sensibilizadas com corante (FFDSSCs) para evitar recombinação eletrônica e melhorar a eficiência da captura eletrônica. O contra-eletrodo de Pt composto, preparação a partir da modificação da superfície do fio de Pt eletrodepositado usando uma abordagem simples de decomposição térmica de uma etapa de H ₂ PtCl ₆ A solução de isopropanol e álcool n-butílico (relação de volume =1:1) proporcionou uma melhora significativa na atividade eletrocatalítica, que foi confirmada por extensos testes eletroquímicos. O FFDSSC montado com o TiO em forma de fibra ₂ o fotoanodo e o contra-eletrodo composto de Pt alcançam uma eficiência de conversão fotoelétrica aprimorada de 6,35%, maior do que a do FFDSSC com monocamada de TiO fibroso ₂ fotoanodo e contra-eletrodo eletrodepositado de fio de Pt. Mais importante ainda, a eficiência de conversão fotoelétrica de 6,35% é comparável à do FFDSSC com base no contraeletrodo de fio de Pt puro (6,32%). O FFDSSC com alta elasticidade, flexibilidade e extensibilidade pode se adaptar a deformações mecânicas complexas, o que é de grande importância para o desenvolvimento de eletrônicos vestíveis no futuro.

Histórico

Células solares sensibilizadas por corante (DSSCs) são consideradas uma das células fotovoltaicas de próxima geração mais promissoras para substituir as células solares convencionais baseadas em Si por suas vantagens de baixo custo, alta eficiência de conversão de energia e respeito ao meio ambiente [1, 2] . No entanto, as células solares com o vidro condutor rígido agora enfrentam limitações na aplicação prática, como transporte, instalação, manuseio e sistemas têxteis inteligentes [3,4,5]. Para superar esses problemas e ampliar sua área de aplicação, as células solares em forma de fibra como um candidato promissor para aplicações futuras com várias direções são amplamente consideradas pelos pesquisadores do DSSC.

As células solares fibrosas exibem vantagens únicas de serem leves, usáveis e adaptáveis a uma variedade de superfícies curvas como nossos corpos em comparação com dispositivos fotovoltaicos planares e, portanto, estão se desenvolvendo de forma robusta para atender às demandas de vários eletrônicos vestíveis na vida moderna [6,7, 8]. Além das vantagens do DSSC flexível de placa plana, as células solares do tipo fibra têm a vantagem exclusiva de iluminação tridimensional, que pode fazer uso total da luz difusa de todos os ângulos.

Vários estudos sobre DSSCs fibrosos têm sido relatados como preparação com fio de titânio modificado como fotoanodo e fio de platina pura (Pt) como contraeletrodos (CE) [9, 10]. Claro que o Pt é um dos materiais mais seletivos para catalisar a redução de I ₃ ^- para I ^- devido à sua atividade eletrocatalítica superior, estabilidade e excelente condutividade; no entanto, é muito caro com fio de Pt puro como CE e desfavorece a produção de aumento de escala para dispositivos fibrosos. Portanto, o projeto eficaz do eletrodo, incluindo CE de baixo custo com alta condutividade e capacidade catalítica, é essencial. Muitos relatórios descobriram várias opções por decomposição térmica ou redução eletroquímica para preparar os filmes de Pt com a mesma função da platina pura, o que reduz significativamente a quantidade de uso de platina [11,12,13,14]. Além disso, o desempenho do FFDSSC com fotoanodo de fio de titânio modificado é baixo devido ao seu pequeno carregamento de corante e recombinação de elétrons. Muitas tentativas são feitas para aumentar a eficiência da absorção óptica e transporte de carga por modificação de superfície, mudança de tamanho de partícula e construção de estrutura múltipla para o fotoanodo. O objetivo principal é desenvolver eletrodos de fibra de alto desempenho para melhorar o desempenho fotovoltaico de células solares em forma de fibra.

Aqui, um DSSC fibroso flexível (FFDSSC) com base em um TiO fibroso flexível ₂ fotoanodo com superfície lisa revestida no substrato de fio de Ti usando um método de sinterização de múltiplas etapas, e um CE composto de Pt modificado preparado com fio de Al como núcleo interno por meio de uma abordagem de decomposição eletroquímica térmica de duas etapas foram considerados para melhorar a fotoelétrica eficiência de conversão. Como esperado, o compósito Pt CE modificado mostrou excelente atividade eletrocatalítica e baixa resistência de transferência de carga de 3,11 Ω cm ² através das extensas medições eletroquímicas. O FFDSSC exibiu um desempenho consideravelmente melhorado na eficiência de conversão fotoelétrica de 6,35% sob irradiação de 100 mW cm ⁻² (AM 1.5).

Métodos

Materiais

O hexa-hidrato de cloreto de níquel (II) (NiCl ₂ · 6H ₂ O, 98%), tioureia (TU, ≥ 99,0%), cloreto de cobalto hexa-hidratado (CoCl ₂ · 6H ₂ O, 98%), etanol, ácido cloroplatínico, tetracloreto de titânio (TiCl ₄ ) e o titanato de tetra-n-butilo são adquiridos a Shanghai Chemical Agent Ltd., China. Todos os reagentes são de qualidade analítica. O fio de alumínio e titânio (diâmetro =0,2 mm, 99,999%) são adquiridos de Shengshida Metallic Material Co., Ltd. China. O corante N719 sensibilizado com composto organometálico é obtido na Solaronix SA (Suíça). O TiO ₂ pasta (diâmetro =20 nm) são adquiridos de Wuhan Geao Co., Ltd. China.

Preparação de TiO fibroso flexível ₂ fotoanodo

Os fios de alumínio e titânio com 15 cm de comprimento foram polidos com lixa e limpos ultrassonicamente sequencialmente em detergente, acetona, água destilada e etanol por 30 min, respectivamente, e a seguir armazenados em álcool isopropílico. O TiCl ₄ as soluções foram configuradas com a concentração de 0,03 e 0,05 M e armazenadas em refrigerador.

O TiO fibroso flexível sensibilizado por corante ₂ o fotoanodo foi preparado com base em nossos relatórios anteriores [15,16,17]. Em primeiro lugar, uma camada de barreira foi formada por imersão do substrato de fio de titânio com comprimento de 15 cm em TiCl 0,03 M ₄ solução a 70 ° C por 1 h, seguida de sinterização a 450 ° C por 30 min ao ar. Este processo se repete cinco vezes para aumentar o carregamento de TiO ₂ . Posteriormente, o TiO ₂ camada com tamanho de partícula de 20 nm foi revestida sobre a camada de barreira usando o método de pincel e, em seguida, sinterizada a 450 ° C por 30 min no ar. Este processo se repete três vezes para formar uma superfície lisa. Uma camada modificada é formada pela imersão do TiO ₂ mencionado acima substrato em TiCl 0,05 M ₄ solução a 70 ° C por 1 he sinterização a 450 ° C por mais 30 min. Este processo se repete duas vezes para garantir que o TiO ₂ os poros estão cheios. O corante foi carregado por imersão do TiO fibroso ₂ ânodo em 0,3 mM de solução de corante N719 Tert-butanol / acetonitrila por 12 h. Assim, o TiO fibroso flexível sensibilizado por corante ₂ fotoanodo foi obtido.

Preparação de CE fibroso Pt e fabricação de FFDSSCs

Fibroso Pt CE foi preparado por uma abordagem de decomposição eletroquímica térmica de duas etapas. Em primeiro lugar, o fio de alumínio foi embebido em 0,01 M H ₂ PtCl ₆ e LiClO ₄ solução de etanol para realizar o procedimento de eletrodeposição e obteve Pt-1 CE fibroso. O CE fibroso Pt-1 obtido foi aquecido a 250 ° C e, em seguida, 0,5 ml de H ₂ PtCl ₆ (1,0% em peso) isopropanol e álcool n-butílico (proporção de volume =1:1) solução contendo agente de emulsificação OP (1,0% em peso) foi gotejada rapidamente na superfície do CE fibroso Pt-1 e sinterizada a 450 ° C por 30 min para remover alguns compostos orgânicos residuais na camada de platina, e um filme de platina microporoso foi preparado e assinado CE fibroso Pt-2. O CE fibroso Pt-2 foi torcido em torno do TiO fibroso ₂ fotoanodo com passo de aproximadamente 0,5 mm para formar um DSSC em forma de fibra flexível (como mostrado na Fig. 1). O fio resultante foi selado em um tubo de plástico (diâmetro de 0,5 mm) e eletrólito redox (0,05 M de I ₂ , 0,1 M de LiI, 0,6 M de iodeto de tetrabutilamônio e 0,5 M de TBP em acetonitrila) foi injetado com uma seringa e selado com a adesão de cura UV (HT8803) para evitar vazamento ou evaporação de eletrólito líquido. Para comparação, os DSSCs em forma de fibra flexível (com base no Pt-1 e Pt CEs puros, e o TiO fibroso ₂ fotoanodo com e sem TiCl ₄ modificação) foram preparados usando um processo semelhante.

Ilustração esquemática da fabricação do DSSC em forma de fibra. a Processo de fabricação do DSSC em forma de fibra. b Fotografia do DSSC em forma de fibra

Caracterização

As morfologias de superfície das amostras foram observadas usando microscópio eletrônico de varredura por emissão de campo JSM-7001F (MEV). A análise de espectroscopia dispersiva de energia (EDS) foi obtida de Bruker-ASX (Model Quan-Tax 200). As medições de voltametria cíclica (CV) foram realizadas em uma célula de um compartimento de três eletrodos, na qual um fio Pt preparado foi tomado como o eletrodo de trabalho, uma folha de Pt de 1,5 cm ² como CE, e um eletrodo Ag / AgCl como eletrodo de referência em uma solução de acetonitrila que consiste em 10 mM LiI, 1 mM I ₂ e 0,1 M LiClO ₄ . Os testes EIS foram realizados simulando condições de circuito aberto na atmosfera ambiente usando um sistema de medição eletroquímica (CHI660E, Shanghai Chenhua Device Company, China) a uma temperatura constante de 20 ° C com amplitude de sinal AC de 20 mV na faixa de frequência de 0,1 a 10 ⁵ Hz a 0 V DC polarização no escuro.

Os testes fotovoltaicos de FFDSSCs foram realizados medindo-se curvas características de fotocorrente-fotovoltagem (J-V) sob irradiação de 100 mW cm ^{- 2} do simulador solar (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd) na atmosfera ambiente. O fator de preenchimento (FF) e a eficiência de conversão fotoelétrica ( η ) do DSSC foram calculados de acordo com as seguintes equações:
$$ \ upeta \ \ left (\% \ right) =\ frac {\ mathrm {Vmax} \ times \ mathrm {Jmax}} {\ mathrm {Pin}} \ times 100 \% =\ frac {\ mathrm {Voc } \ times \ mathrm {Jsc} \ times \ mathrm {FF}} {\ mathrm {Pin}} \ times 100 \% $$ (1) $$ \ mathrm {FF} =\ frac {V \ max \ times J \ max} {V \ mathrm {oc} \ times J \ mathrm {sc}} $$ (2)
onde J _sc é a densidade de corrente de curto-circuito (mA cm ⁻² ); V _oc é a tensão de circuito aberto (V), P _em é a potência da luz incidente (mW cm ⁻² ) e J _máximo (mA cm ⁻² ) e V _máximo (V) são a densidade de corrente e a tensão no ponto de saída de potência máxima na curva J – V, respectivamente.

Resultados e discussão

Morfologia da superfície e composição das amostras

A Figura 2 apresenta as imagens SEM do TiO em forma de fibra ₂ fotoanodo e Pt CE com diferentes resoluções, as imagens EDS do Pt CE fibroso e o TiO ₂ fotoanodo antes e depois da sensibilização. Da Fig. 2a e b, o TiO em forma de fibra ₂ o fotoanodo permanece com superfície lisa e estrutura porosa, e o TiO ₂ nanopartículas se dispersam uniformemente no fio de Ti. Assim, o TiO em forma de fibra ₂ fotoanodo modificado com TiCl ₄ duas vezes formou o TiO ₂ camada de barreira, que pode prevenir efetivamente a recombinação de elétrons entre o eletrólito e a fibra de Ti. A partir das Fig. 2c e d, pode-se ver que a superfície do Pt CE fibroso é lisa, microporos uniformes e poucos protuberâncias, que vieram da rápida fervura e volatilização do isopropanol, e uma grande quantidade de poros foram gerados in situ em a superfície da eletrodeposição Pt. Tal morfologia de superfície do Pt CE em forma de fibra modificada aumenta em grande parte a área de superfície específica da fibra de platina e são disponibilizados para a adsorção de eletrólito líquido [18], conseqüentemente resultando em uma grande melhoria da densidade de fotocorrente e tensão de circuito aberto para o FFDSSC. As Figuras 2e e f mostram as imagens EDS do TiO ₂ fotoanodos antes e depois da sensibilização, respectivamente. Em comparação com a Fig. 2e, f revela que o TiO ₂ o fotoanodo foi sensibilizado com sucesso ao sinal forte do elemento Ru. Os sinais fortes para os elementos Al e Pt, conforme mostrado na Fig. 2g, indicam que o Pt CE fibroso foi preparado com fio de Al como núcleo interno.

As imagens SEM do TiO ₂ fotoanodo ( a , b ) e Pt CE fibroso ( c , d ) com diferentes resoluções, as imagens EDS do TiO ₂ fotoanodo antes ( e ) e depois ( f ) sensibilizante, e o Pt CE fibroso ( g )

Propriedades eletroquímicas

A Figura 3 apresenta os voltamogramas cíclicos da eletrodeposição Pt CEs antes e depois da modificação com decomposição térmica Pt na taxa de varredura de 50 mV s ⁻¹ para investigar a atividade eletrocatalítica das amostras no intervalo de potencial de - 0,4 a 1,0 V. Até onde sabemos, o valor absoluto da densidade de corrente de pico catódico | I _pc | está positivamente correlacionado com a capacidade catalítica dos eletrodos e com o valor absoluto da separação pico a pico | E _pp | é inversamente correlacionado com a atividade eletrocatalítica dos CEs [19, 20]. A Figura 3 fornece formas quase idênticas de dois pares de picos redox e | E _pp | para os CEs Pt-1 e Pt-2 em I ^- / I ₃ ^- sistema redox e o | I _pc | dos CEs Pt-1 e Pt-2 são 2,10 e 2,87 mA cm ⁻² , respectivamente, que exibe densidade de corrente de pico catódico muito maior para o Pt-2 CE. Isso se atribui à grande área de superfície ativa e estrutura de microporos do Pt-2 CE feito a partir da rápida fervura e volatilização do isopropanol, e uma grande quantidade de poros gerados in situ no filme de platina. Foi notado que embora os CEs Pt-1 e Pt-2 exibam um similar | E _pp |, no entanto, o Pt-2 CE mostra muito mais alto | I _pc | do que o do Pt-1 CE. Isso indica que o Pt-2 CE é mais eficazmente atuado como um catalisador na reação do I ^- / I ₃ ^- eletrólito do que o do Pt-1 CE. Mais importante, o Pt-2 CE com estrutura de camada dupla exibe valores mais altos para o | I _pc | e | E _pp | do que a fibra CE de Pt pura (listada na Tabela 1). O fato prova plenamente que a Pt-2 CE com baixo custo e preparação simples desempenha a mesma função que a fibra Pt pura CE. Consequentemente, a eletrodeposição Pt CE modificada com decomposição térmica Pt é um eletrocatalisador eficiente e tem uma boa capacidade eletrocatalítica para o I ^- / I ₃ ^- reacção redox.

Os voltamogramas cíclicos para Pt-1, Pt-2 e Pt CEs puros na taxa de varredura de 50 mV s ⁻¹

A Figura 4 mostra voltamogramas cíclicos de 50 ciclos para o Pt-2 CE na taxa de varredura de 50 mV s ⁻¹ para investigar a estabilidade eletroquímica de longo prazo de um CE. Conforme apresentado na Fig. 4, as densidades de corrente de pico catódico e anódico normalizadas praticamente não se alteraram após serem testados por 50 ciclos consecutivos. Isso sugere que a eletrodeposição Pt CE após modificada com H ₂ PtCl ₆ decomposição térmica revestida no substrato de Al possui excelente estabilidade eletroquímica e química.

Voltamogramas cíclicos para o Pt-2 CE na taxa de varredura de 50 mV s ⁻¹ . 50 ciclos de varredura contínua ( a ); os voltamogramas cíclicos do 1º e 50º círculo ( b )

As impedâncias eletroquímicas dos CEs são ferramentas eficazes e abrangentes para investigar o processo de transporte de carga. A Figura 5 mostra os gráficos de Nyquist dos CEs Pt-1, Pt-2 e Pt puros simétricos para I ^- / I ₃ ^- eletrólito, e os parâmetros EIS correspondentes também estão listados na Tabela 1, na qual o R _s é o valor da resistência no ponto inicial do primeiro semicírculo, o R _ct é o raio do primeiro semicírculo, e o semicírculo representa a impedância de difusão de Nernst ( Z _w ) correspondendo à resistência à difusão do I ^- / I ₃ ^- espécies redox [21, 22]. Como é do conhecimento de todos, o R _ct é um parâmetro crucial para comparar a capacidade eletrocatalítica de diferentes CEs, que é inversamente correlacionada com a capacidade catalítica dos CEs. Da Fig. 5 e da Tabela 1, o R _s associados ao Pt-1, Pt-2 e Pt CEs puros são 3,96, 3,57 e 3,75 Ω · cm ² , respectivamente. O R _ct para Pt-1, Pt-2 e Pt CEs puros são 3,99, 3,11 e 3,10 Ω cm ⁻² , respectivamente. Em outras palavras, o R _s e R _ct para os CEs acima mencionados seguir as ordens de Pt-1> Pt-2> Pt. Assim, é comparável ao do Pt-1 CE e indica uma menor resistência de transferência de carga interfacial ocorrida na interface entre o Pt-2 CE e I ^- / I ₃ ^- eletrólito sob as mesmas condições de teste. Estes resultados comprovam plenamente que o Pt-2 CE com estrutura de camada dupla após a decomposição térmica modificando Pt apresenta grande melhoria na capacidade catalítica eletroquímica em comparação com o Pt CE puro. As razões para melhorar o desempenho do CE podem ser atribuídas à estrutura da superfície, ou seja, microporos uniformes e poucas protuberâncias e boas propriedades eletroquímicas, que podem fazer com que os elétrons se transmitam através da interface do filme Pt-2 | Al facilmente. Com base na consideração abrangente dos dados EIS, pode-se verificar que a propriedade do Pt-2 CE é vantajosa para melhorar o desempenho fotovoltaico dos FFDSSCs.

EIS do Pt-1, Pt-2 e Pt CEs puros para I ^- / I ₃ ^- casal redox

A Figura 6 apresenta as curvas de Tafel para as células simétricas semelhantes às usadas nas medições EIS para reconfirmar a atividade eletrocatalítica dos CEs Pt-1, Pt-2 e Pt puro. Como pode ser visto na Fig. 6, o Pt-2 CE mostra uma densidade de corrente de troca muito maior ( J ₀ ) e limitação da densidade da corrente de difusão ( J _lim ) (1,48 e 2,18 mA cm ^{- 2} ) em comparação com o Pt-1 CE (1,28 e 1,89 mA cm ⁻² ), sugerindo maior condutividade e capacidade eletrocatalítica para o Pt-2 CE. Além disso, quanto mais alto J _lim para o Pt-2 CE reflete a velocidade de difusão mais rápida para o par redox no eletrólito [23,24,25]. Além disso, como esperado, a atividade eletrocatalítica do Pt-2 CE é mostrada tão excelente quanto o Pt CE puro. Esses fatores positivos podem ser atribuídos às mesmas razões que CV e EIS, que logicamente resultam em uma eficiência de conversão de energia eficiente para o FFDSSC. Em teoria, J ₀ é inversamente proporcional a R _ct de acordo com a Eq. (5) [26, 27]. A tendência alterada de J ₀ em curvas de Tafel para Pt-1, Pt-2 e Pt CEs puros está geralmente de acordo com o EIS. Geralmente, os resultados das medições eletroquímicas extensas (CVs, EIS e Tafel) indicam que o Pt-2 CE possui uma atividade eletrocatalítica aprimorada em comparação com a do Pt CE puro; assim, pode-se logicamente esperar uma melhora considerável no desempenho fotovoltaico do FFDSSC.
$$ {J} _0 =\ frac {RT} {nFR _ {\ mathrm {ct}}} $$ (5)

Curvas de Tafel dos CEs Pt-1, Pt-2 e Pt puros simétricos para I ^- / I ₃ ^- casal redox

onde R é a constante do gás, T , F , n , e R _ct têm seu significado usual.

Desempenho fotovoltaico dos FFDSSCs

As características J-V dos FFDSSCs com diferentes CEs e fotoanodos foram medidas sob 100 mW cm ⁻² (AM 1.5 G) irradiação, e os resultados são apresentados na Fig. 7 e Tabela 2. As curvas bec apresentam os FFDSSCs montados com Pt-1 e Pt-2 CEs e TiO ₂ fotoanodo sem TiCl ₄ modificados na Fig. 7, que não são lisos. No entanto, é importante notar que a tensão de circuito aberto ( V _oc ) e densidade de corrente de curto-circuito ( J _sc ) do FFDSSC-c (0,760 V e 10,78 mA cm ⁻² ) é muito maior do que o FFDSSC-b (0,625 V e 10,78 mA cm ⁻² ) Este fenômeno está associado ao baixo R _ct , excelente atividade catalítica eletroquímica e condutividade para o Pt-2 CE, e o aumento da área de contato entre o Pt-2 CE e o eletrólito [28, 29]. Curvas d e e dos FFDSSCs com Pt-1 e Pt-2 CEs e TiO ₂ fotoanodo com TiCl ₄ modificado exibir as curvas suaves com alto V _oc , J _sc e fator de preenchimento (FF). Entre eles, o maior desempenho fotoelétrico para o FFDSSC-e é originado principalmente do menor R _ct , e mais excelente atividade catalítica eletroquímica e condutividade para o Pt-2 CE em comparação com o FFDSSC-a com base no Pt CE puro e TiO ₂ fotoanodo com TiCl ₄ modificado (6,32%). Além disso, as razões mais importantes são atribuídas ao TiCl ₄ modificação, que aumenta a taxa de fotoelétrons gerada pelas moléculas de corante excitadas e reduz a taxa de recombinação do elétron e do fio de Ti; assim, o dispositivo logicamente mostra melhor V _oc , J _sc e valores FF. Por outro lado, o FFDSSC com base no TiO ₂ fotoanodo sem modificação pelo TiCl ₄ mostra um pior desempenho fotovoltaico. Simultaneamente, a modificação dupla para o CE influencia significativamente no desempenho do FFDSSC, o que aumenta a carga de eletrólito na superfície do CE e diminui a resistência interna e a corrente escura do FFDSSC, melhorando significativamente o J _sc valores. Isso indica que as duas modificações para o eletrodo facilitam o transporte rápido de elétrons na interface entre I ^- / I ₃ ^- eletrólito e os eletrodos, e também pode ser deduzido que o FFDSSC com base no Pt-2 CE e TiO ₂ fotoanodos modificados com TiCl ₄ pode de fato melhorar a recombinação de carga e ter um efeito mais notável do que outros FFDSSCs.

Curvas de desempenho fotovoltaico para os FFDSSCs fabricados com vários fotoanodos e os CEs sob iluminação padrão. Características J-V dos FFDSSCs ( a ); a relação entre a eficiência de conversão de energia e a tensão de circuito aberto ( b )

A Figura 8 mostra os gráficos de Nyquist dos FFDSSCs com base em diferentes CEs e fotoanodos abaixo de 100 mW cm ⁻² (AM 1,5 G) irradiação, e o circuito equivalente é mostrado como a inserção. R _s é a resistência da série, e R _ct é a resistência de transferência de carga na interface do eletrólito / fotoanodo. R _s e R _ct valores para os FFDSSCs com camada compacta feita de TiCl ₄ modificados (FFDSSCs a, d, e) são inferiores aos dos FFDSSCs sem TiCl ₄ modificado; isso é devido ao TiO ultrafino ₂ camada compacta com alta mobilidade de elétrons aprimorou o contato de interface entre o fio Ti e TiO ₂ fotoanodo, e também reduz a probabilidade de recombinação de elétrons [30, 31]. Além disso, o FFDSSC-e possui o menor R _s e R _ct valores entre os FFDSSCs a, d e e, que é menor do que o FFDSSC-a. Isso indica que o Pt-2 CE com duas modificações no FFDSSC é mais benéfico para o transporte de elétrons na interface entre I ^- / I ₃ ^- eletrólito e os eletrodos do que o Pt CE puro. Como consequência, as múltiplas modificações para o ânodo e contra-eletrodo em FFDSSCs são condutivas para melhorar o desempenho fotovoltaico.

EIS para os FFDSSCs fabricados com os vários fotoanodos e os CEs sob a iluminação padrão

A Figura 9 exibe o IPCE dos FFDSSCs com diferentes CEs e fotoanodos para refletir a resposta à luz, que está diretamente relacionada a J _sc . Como mostrado na Fig. 9, a eficiência máxima de todos os FFDSSCs no comprimento de onda de cerca de 520 nm está em coincidência com o comprimento de onda máximo de absorção do corante N719 [32, 33]. O pico máximo do IPCE para os FFDSSCs mencionados acima segue as ordens de e> a> d> c> b. Este resultado está de acordo com o desempenho fotovoltaico como mostrado na Fig. 7, o que também prova que as modificações múltiplas para o ânodo e contra-eletrodo podem melhorar notavelmente o desempenho fotoelétrico para os FFDSSCs.

O IPCE dos vários FFDSSCs

Conclusões

Uma célula solar sensível a corante fibroso flexível e eficiente (FFDSSC) foi fabricada com fibras de estrutura de multicamadas TiO ₂ fotoanodo (modificado com TiCl ₄ ) e um Pt-2 CE com estrutura de camada dupla para melhorar o desempenho do dispositivo. A fibra Pt-2 CE demonstra excelente atividade eletrocatalítica para a redução do triiodeto em FFDSSC através da voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica e caracterização de Tafel. O FFDSSC baseado no eletrodo de fibra Pt-2 e TiO ₂ fotoanodo de fibra modificado com TiCl ₄ mostra uma eficiência de conversão fotoelétrica de 6,35%, 69,8% maior do que com fibra de monocamada TiO ₂ fotoanodo e eletrodeposição do fio de Pt, que é comparável ao do FFDSSC baseado no fio de Pt puro CE. Este FFDSSC de baixo custo e fácil fabricação com alta elasticidade, flexibilidade e extensibilidade poderia preparar micro-células solares vestíveis de alto desempenho para se adaptar a deformações mecânicas complexas, que têm um vasto potencial para desenvolver uma nova família em dispositivos de conversão e armazenamento de energia.