Incorporação de materiais compostos de carbono nanoestruturados em contra-eletrodos para células solares sensibilizadas com corante altamente eficientes

Resumo

Células solares sensibilizadas com corante (DSSCs) compostas por materiais compósitos de carbono nanoestruturados - contraeletrodos empilhados (CEs) foram fabricados no presente estudo. Como a substituição potencial de filme fino de platina (Pt) caro, vários materiais compostos de carbono, incluindo nanopartículas de carbono de dimensão zero (CNPs), nanotubos de carbono de parede múltipla unidimensional (MWCNTs) e flocos de grafeno bidimensionais (GFs) como um adequado o meio de transferência de carga foi depositado na superfície dos CEs usando um processo de impressão em tela. Como resultados, os CNPs resultaram na deterioração da transferência de carga do CE para o eletrólito líquido devido à formação de estruturas altamente agregadas com área de superfície específica muito baixa. No entanto, compostos de carbono com adição de MWCNTs e MWCNTs (por exemplo, CNP / MWCNT, MWCNT / GF, CNP / MWCNT / GF) foram encontrados para aumentar a transferência de carga de CE para eletrólito líquido devido à formação de estruturas altamente interligadas com alta superfície específica área. O PCE resultante de DSSCs compostos de CEs baseados em compostos de carbono puros com MWCNTs e MWCNTs adicionados foram muito semelhantes aos de DSSCs compostos de CEs baseados em Pt. Isso sugere que os materiais de carbono nanoestruturados especialmente compostos de MWCNTs e seus compostos são um dos candidatos promissores para substituir o caro Pt nos CEs de DSSCs.

Histórico

As células solares sensibilizadas por corante (DSSCs) têm recebido muita atenção como uma alternativa às células solares à base de silício. Elas são consideradas uma das células solares de terceira geração mais proeminentes, porque têm as vantagens de custo de fabricação relativamente baixo, fácil fabricação e excelentes propriedades fotovoltaicas [1, 2]. Os principais componentes dos DSSCs são TiO ₂ fotoeletrodo de óxido de estanho dopado com flúor revestido por película fina (FTO), corante, eletrólito líquido (\ ({I} ^ {-} / {I} _3 ^ {-} \) par redox) e contraeletrodo (CE) [ 3, 4].

Como um princípio operacional do DSSC, as moléculas de corante são geralmente adsorvidas na superfície do TiO semicondutor ₂ nanopartículas (NPs) como um fotoeletrodo. Quando um DSSC é exposto à luz solar, os elétrons gerados a partir das moléculas de corante excitadas são continuamente injetados na banda de condução do TiO ₂ NPs, e então eles alcançam o eletrodo de óxido condutor (por exemplo, vidro FTO). Os elétrons fotogerados são transferidos através do circuito externo e, em seguida, são introduzidos em um eletrólito líquido por meio de CEs revestidos com Pt. O eletrólito finalmente transporta os elétrons para completar um ciclo de corrente em DSSCs.

Como um metal precioso, o Pt tem as vantagens de excelente atividade catalítica, redução efetiva de iodeto / triodo e boa condutividade elétrica de modo que é geralmente empregado como CEs de DSSCs [5,6,7,8,9,10,11] . No entanto, Pt é relativamente caro, o que dificulta a produção massiva de DSSCs na indústria de células solares e resulta em baixa estabilidade de DSSCs devido a eletrólitos corrosivos. Assim, muitas pesquisas têm se dedicado a encontrar candidatos adequados para substituir o catalisador de Pt em DSSCs por materiais de baixo custo, como negro de carbono (CB), nanotubo de carbono (CNT), liga de metal, sulfeto de metal e polímero condutor [5,6 , 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]. Entre essas várias alternativas, materiais nanoestruturados de carbono, como nanopartículas de carbono (CNPs, C ₆₀ ), nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) e flocos de grafeno (GFs) são relatados como tendo uma alternativa potencial para Pt em CEs de DSSCs porque eles têm condutividade elevada relativa, grande área de superfície específica, estabilidade fotoquímica alta e boa resistência mecânica [17, 18,19,20,21].

Para fabricar CEs revestidos com materiais nanoestruturados de carbono, vários métodos, incluindo deposição de vapor químico [22, 23], revestimento por gota [24, 25], revestimento por rotação [26] e processo de revestimento por spray [27] são desenvolvidos. No entanto, eles geralmente exigem procedimentos de fabricação bastante complexos e, simultaneamente, é inerentemente difícil obter uma ligação firme e espessura uniforme dos materiais nanoestruturados de carbono empregados. A serigrafia é um processo simples, fácil e versátil que faz pressão usando um rodo ou outro dispositivo mecânico para depositar uniformemente as pastas na superfície do substrato. Pode criar vários produtos impressos com propriedades duráveis, que podem resistir a um contato externo [28, 29]. Portanto, tem sido frequentemente empregado para fazer filmes finos uniformes na superfície do substrato e, simultaneamente, a espessura dos filmes finos pode ser facilmente controlada variando o número de processos de impressão em tela.

Neste estudo, empregamos um processo de impressão em tela para fabricar filmes finos compostos de vários materiais nanoestruturados de carbono, incluindo CNPs, MWCNTs, GFs e suas misturas na superfície de substratos de vidro FTO com diferentes espessuras como CEs de DSSCs. E então, o desempenho fotovoltaico dos DSSCs resultantes é sistematicamente examinado em termos de tensão de circuito aberto ( V _oc ), densidade de corrente de curto-circuito ( J _sc ), fator de preenchimento (FF) e eficiência de conversão de energia (PCE), que também são finalmente comparados com o desempenho fotovoltaico de DSSCs baseados em Pt.

Métodos / Experimental

Fabricação de TiO ₂ - Fotoeletrodos baseados em DSSCs

TiO ₂ O fotoeletrodo baseado em NP foi preparado usando um processo de impressão de tela na superfície do vidro FTO (SnO ₂ :F, 7 Ω / sq., Pilkington, Boston, EUA). TiO disponível comercialmente ₂ NPs (P25, Degussa, Alemanha) foram usados sem tratamento adicional. Para fabricar TiO ₂ pasta, 6 g de TiO ₂ NPs, 20 g de terpineol, 1 ml de ácido acético (CH ₃ COOH) e 15 g de etanol foram misturados em um frasco para fazer uma solução-I. E então 3 g de etilcelulose e 27 g de etanol foram misturados em outro frasco para fazer a solução-II. Posteriormente, as duas soluções foram então homogeneamente misturadas em um frasco usando um misturador planetário por 3 min, sendo então aquecido em um forno para remoção do etanol. Com a ajuda do processo de impressão da tela, TiO ₂ filme fino foi formado em um vidro FTO com uma área fotoativa de 0,6 cm x 0,6 cm com a espessura de ~ 23 μm. O vidro FTO foi limpo usando acetona, etanol e água desionizada e, em seguida, pré-tratado com a mistura de 0,247 ml de TiOCl ₂ solução e 20 ml de água desionizada para aumentar a adesão entre TiO ₂ NPs e vidro FTO. O TiO ₂ O vidro FTO revestido com filme fino foi então sinterizado a ~ 500 ° C por 30 min para remover os componentes residuais. O TiO sinterizado ₂ O vidro FTO revestido foi então imerso em uma solução de corante contendo 0,3 mM de N719 (Solaronix, SA, Suíça) por 24 h [20].

Fabricação de CEs baseados em materiais de carbono nanoestruturados

Para fabricar CNPs homogêneos (C ₆₀ , CNT Co., Ltd., Coreia), MWCNTs (CNT Co., Ltd., Coreia), pasta GFs (CNT Co., Ltd., Coreia), 0,2 g de CNPs, 0,2 g de MWCNTs e 0,2 g de Os GFs foram dispersos na solução de mistura de 1 g de terpineol e 0,1 g de etilcelulose, o que melhorou a adesão entre os materiais de carbono nanoestruturados e o substrato. E então eles foram dispersos em uma solução de etanol seguida por sonicação por 2 h com um sonicador de sonda (Daihan Scientific Co., Ltd.) para obter uma suspensão homogênea, que foi então evaporada em uma placa quente para fabricar uma pasta com viscosidade relativamente alta. Para a fabricação de várias misturas de material de carbono, incluindo CNP / MWCNT, CNP / GF /, MWCNT / GF, CNP / MWCNT / GF como mostrado na Fig. 1a, CNP, MWCNT e GF pós foram dispersos na solução de terpineol e etilcelulose , e então eles foram tratados com processos de sonicação e evaporação. As sete diferentes pastas compostas por CNP, MWCNT e GF foram então impressas em tela na superfície do vidro FTO, que foi perfurado com dois orifícios com área de 0,6 cm × 0,6 cm. Em seguida, um tratamento térmico a 400 ^° C por 15 min foi feito para remover quaisquer contaminantes orgânicos formados em materiais de carbono nanoestruturados. As espessuras dos materiais de carbono empregados no presente estudo foram alteradas pelo número de processos de serigrafia. Como CE de referência, um vidro FTO foi revestido com Pt usando pulverização catódica (E1010, Hitachi, Chiyoda-ku, Japão) operado a 1,2 kV e 7 mA.

a Esquema de fabricação de compósitos de nanopartículas de carbono (CNP) / nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) / flocos de grafeno (GF) para contraeletrodos (CEs) de células solares sensibilizadas por corante (DSSCs) e b fotografia e componentes do DSSC montados no presente estudo

Fabricação e caracterização de DSSCs

Os fotoeletrodos e CEs fabricados foram selados como uma configuração do tipo sanduíche com um filme de polímero termofusível (60 μm de espessura, Wooyang, Coreia) e, em seguida, foram aquecidos a 120 ^° C por 4 min. Posteriormente, eletrólito líquido à base de iodeto (AN-50, Solaronix, SA, Suíça) foi injetado no espaço entre dois eletrodos através dos dois orifícios perfurados nos CEs, e os orifícios foram então selados com uma tampa de vidro usando polímero termofusível filme. Finalmente, uma unidade DSSC foi completamente montada, conforme mostrado na Fig. 1b.

O desempenho fotovoltaico de DSSCs fabricados no presente estudo foi medido sob massa de ar 1,5 e 1 sol (=100 mW cm ^{- 2} ) iluminação usando um simulador solar (PEC-L11, Peccell Technologies, Inc., Kanagawa, Japão). A intensidade da iluminação foi calibrada com precisão usando um detector de fotodiodo de Si padrão com um filtro KG-5. As curvas de densidade-tensão de corrente (J-V) e espectros de impedância eletroquímica (EIS) foram registrados automaticamente com um medidor de fonte Keithley SMU 2400 (Cleveland, OH, EUA) sob iluminação de 100 mW cm ^{- 2} .

A estrutura física e a espessura dos materiais de carbono nanoestruturados foram medidas usando uma microscopia eletrônica de varredura (SEM, S-4200, Hitachi) operada a ~ 15 kV. A área de superfície específica e a porosidade foram medidas usando um instrumento Brunauer-Emmett-Teller (BET) (ASAP 2020, EUA), e suas distribuições de tamanho de poro foram determinadas usando a fórmula de Barrett-Joyner-Halenda (BJH) do ramo de dessorção. A propriedade estrutural de materiais de carbono nanoestruturados foi examinada usando uma espectroscopia Raman (Ramboss 500i, DongWoo Optron), na qual um laser de 532 nm foi usado para excitação.

A medição de voltametria cíclica foi realizada usando uma estação de trabalho eletroquímica do medidor Keithley SMU 2400 (Cleveland, OH, EUA) e um sistema convencional de três eletrodos, que consistia em compósitos de carbono ou eletrodo de trabalho revestido com Pt, um contra-eletrodo de folha de Pt e um eletrodo de referência de calomelano (ALS Co., Ltd., Japão). Esses eletrodos foram imersos em 10 mM LiI, 1 mM I ₂ acetonitrila e LiClO 0,1 M ₄ solução mista.

Resultados e discussões

A medição por espectroscopia Raman é uma das análises não destrutivas para a caracterização do estado cristalino e defeitos de materiais de carbono. A Figura 2 mostra vários espectros Raman para os casos de CNPs, MWCNTs e GFs. O pico D está relacionado com a primeira ordem dos fônons de fronteira de zona e é conhecido como o pico de desordem originado de defeitos na camada de material de carbono. O pico G é o principal modo de materiais de carbono e é conhecido como a configuração plana de sp ² vínculo [13]. Os picos D e G eram comumente exibidos em 1355 cm ^{- 1} e 1579 cm ^{- 1} para os CNPs, GFs e MWCNTs empregados no presente estudo. A intensidade relativa dos picos D e G ( I _D / eu _G ) indica os defeitos dos materiais de carbono [30]. Defeitos em materiais de carbono nanoestruturados são benéficos para o desempenho de uma atividade catalítica eficaz, pois o processo de redução do eletrólito iodeto em DSSCs ocorre em defeitos em materiais de carbono [31]. A intensidade relativa calculada de CNPs, GFs e MWCNTs foram ~ 0,95, ~ 0,97 e ~ 1,01, respectivamente. A maior intensidade relativa dos picos D e G foi exibida quando MWCNTs estão presentes. Foi provavelmente porque os MWNCTs têm muitos defeitos em seus planos de borda. No entanto, era menor quando CNPs e GFs estavam presentes. Isso foi provavelmente causado pela presença de estruturas amorfas de CNPs e estruturas planares 2D relativamente grandes de GFs, respectivamente.

Espectros Raman de CNPs, MWCNTs e GFs

As distribuições de volume de poro de materiais de carbono nanoestruturados medidos são mostradas na Fig. 3. Os GNPs, MWCNTs e GFs tinham a área de superfície BET de 24,7 m ² g ^{- 1} , 311,8 m ² g ^{- 1} e 269,5 m ² g ^{- 1} , respectivamente. A quantidade de nitrogênio adsorvido e o tamanho médio dos poros foram aumentados na ordem de CNP / MWCNT> MWCNT> CNP / MWCNT / GF> MWCNT / GF> GF> CNP / GF> CNP, sugerindo que a presença de MWCNTs são muito eficazes para aumentar a área de superfície específica de materiais de carbono nanoestruturados nos CEs de DSSCs de modo que a transferência de elétrons entre CE e eletrólito líquido possa ser significativamente aprimorada.

a Curvas de adsorção e dessorção de nitrogênio. b Distribuições de volume de poros de pós de CNP, MWCNT, GF, MWCNT / GF, CNP / GF, CNP / MWCNT e CNP / MWCNT / GF

As imagens de SEM de vista superior na Fig. 4 mostram as morfologias de vários materiais de carbono nanoestruturados, incluindo CNPs, MWCNTs, GFs e seus compostos, que foram revestidos na superfície de FTO. Os CNPs parecem agregar-se significativamente e resultar na formação de aglomerados separados do vidro FTO, enquanto os MWCNTs fazem estruturas porosas em rede aleatoriamente, nas quais os íons \ ({I} _3 ^ {-} \) no eletrólito líquido podem facilmente se difundir para o sites ativos. Os GFs foram encontrados principalmente para fazer camadas planas bidimensionais. Para o caso da mistura MWCNT / GF, as redes MWCNT foram formadas na superfície dos GFs. Depois de adicionar CNPs em MWNCTs e GFs, as superfícies de MWCNTs e GFs foram parcialmente revestidas com CNPs. As imagens SEM em corte transversal na Fig. 4 mostram claramente que a película fina à base de CNP não foi homogeneamente ligada à superfície do vidro FTO, de modo que o contato interfacial entre os CNPs e o vidro FTO era muito pobre. Ao contrário dos CNPs, todos os outros materiais de carbono nanoestruturados (isto é, CNP / MWCNT, MWCNT / GF, CNP / MWCNT / GF) pareciam ter forte fixação à superfície do vidro FTO. As espessuras de filmes finos baseados em materiais de carbono nanoestruturados eram muito semelhantes, com ~ 5 μm, que podem ser simplesmente aumentados com o aumento do número de processos de impressão em tela.

Vistas em corte transversal e superior de vários materiais de carbono, incluindo CNP, MWCNT, GF, MWCNT / GF, CNP / GF, CNP / MWCNT, CNP / MWCNT / GF empilhados na superfície do vidro FTO usando o processo de serigrafia (o as barras de escala nas imagens de vista superior são de 0,5 μm e as barras de escala nas imagens de vista transversal são de 5 μm)

A Figura 5 apresenta a comparação das curvas de voltametria cíclica para I ₃ ^- / I ^- sistema contatado com os eletrodos revestidos com material de Pt e carbono. Dois pares de picos de oxidação e redução foram claramente observados para os casos de Pt e MWCNT, como mostrado na Fig. 5a. No entanto, o GF e o CNP puros não tiveram picos de oxidação e redução claros, sugerindo que eles não poderiam desempenhar um papel chave como potenciais materiais catalíticos para CEs de DSSCs. Para os casos de CEs baseados em Pt e MWCNT, os picos superior e inferior no lado esquerdo marcados como 1 e 2, respectivamente, apresentam as reações redox expressas em Eqs. (1) e (2), que afeta diretamente o desempenho fotovoltaico dos DSSCs. Os outros dois picos no lado direito marcados como 3 e 4 apresentam as reações redox expressas em Eqs. (3) e (4), que têm um pequeno efeito no desempenho fotovoltaico de DSSCs [12, 32,33,34,35].
$$ 3 {\ mathrm {I}} ^ {-} - 2 {\ mathrm {e}} ^ {-} =\ kern0,5em {\ mathrm {I}} _ 3 ^ {-} $$ (1) $ $ {\ mathrm {I}} _ 3 ^ {-} \ kern0.5em + \ kern0.5em 2 {\ mathrm {e}} ^ {-} =\ kern0.5em 3 {\ mathrm {I}} ^ {- } $$ (2) $$ 2 {\ mathrm {I}} _ 3 ^ {-} - 2 {\ mathrm {e}} ^ {-} =3 {\ mathrm {I}} _ 2 $$ (3) $ $ 3 {\ mathrm {I}} _ 2 + 2 {\ mathrm {e}} ^ {-} =2 {\ mathrm {I}} _ 3 ^ {-} $$ (4)

a Voltametria cíclica de CE revestidos com Pt-, CNP-, MWCNT- e GF. b Voltametria cíclica de CEs revestidos com compósitos de carbono e Pt medidos pela taxa de varredura de 50 mV s ^{- 1} em 10 mM LiI, 1 mM I ₂ acetonitrila e LiClO 0,1 M ₄ solução eletrolítica mista

Em DSSCs, os elétrons fotogerados são transferidos de I ^- íons no eletrólito para corante foto-oxidado e os íons \ ({\ mathrm {I}} _ 3 ^ {-} \) são reduzidos na superfície dos CEs. Nas curvas CV, a separação pico a pico foi observada variando inversamente com a taxa de transferência de carga [34, 35]. A Figura 5a mostra que os picos redox para CEs revestidos com Pt apareceram em - 0,29 V e 0,33 V, respectivamente, e o ∆ resultante E _p (Pt) foi ~ 0,62 V. Em contraste, os picos redox para CEs revestidos com MWCNT apareceram em - 0,44 V e 0,33 V, respectivamente, e o ∆ resultante E _p (MWCNT) foi de ~ 0,77 V. Como mostrado na Fig. 5b, para os casos de CEs baseados em compósitos de carbono adicionado de MWCNT, o ΔE _p resultante (CNP / MWCNT), ΔE _p (CNP / GF / MWCNT) e ΔE _p (GF / MWCNT) eram ~ 0,83 V, ~ 0,98 V e ~ 1,025 V, respectivamente. Isso sugere que os CEs baseados em compósitos de carbono com adição de MWCNTs e MWCNT puros tinham atividade catalítica relativamente alta e taxa de reação rápida na redução de triiodeto. A presença de MWCNTs foi muito eficaz para aumentar a área de superfície específica de materiais de carbono nanoestruturados nos CEs de DSSCs de modo que a transferência de elétrons entre CE revestido com compósitos de carbono e eletrólito líquido foi significativamente aumentada.

A Figura 6 exibe o desempenho fotovoltaico resultante de DSSCs em termos de densidade de corrente de curto-circuito ( J _sc ), tensão de circuito aberto ( V _oc ), fator de preenchimento (FF) e eficiência de conversão de energia (PCE) em função da espessura de materiais de carbono nanoestruturados em CEs de DSSCs. Para o caso de CNPs, J _sc aumentou significativamente com o aumento da espessura do filme fino de CNP, mas tanto FF quanto V _oc não foram alteradas de forma apreciável em valores relativamente baixos, o que finalmente resultou em valores de PCE muito pobres. Isso deve ocorrer pela formação de clusters severos entre os CNPs de forma que os elétrons sejam efetivamente transportados dos CEs para o eletrólito líquido. Para os casos de GF e CNP / GF, os FFs também eram relativamente pobres. Presumivelmente, isso ocorreu porque as estruturas planas 2D de GFs foram amassadas e torcidas até certo ponto, de modo que não estavam intimamente em contato umas com as outras no arranjo de empilhamento. Portanto, os PCEs resultantes de DSSCs feitos por CEs baseados em GF e CNP / GF foram relativamente baixos. No entanto, a presença de MWCNTs nos materiais de carbono nanoestruturados (ou seja, MWCNT, MWCNT / GF, CNP / MWCNT, CNP / MWCNT / GF) foi observada para aumentar de forma estável o J _sc e FF para que os PCEs resultantes de DSSCs fossem mantidos em valores relativamente altos. Presumivelmente, isso ocorreu porque as redes íntimas e a alta área de superfície específica formada pela presença de MWCNTs aumentaram o transporte de elétrons na interface do CE e do eletrólito líquido.

A comparação dos desempenhos fotovoltaicos de DSSCs compostos por vários materiais de carbono e CEs baseados em Pt em termos de a J _sc , b V _oc , c FF e d PCE

As medições de densidade-voltagem de corrente (JV) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foram realizadas para os CEs empilhados com diferentes materiais de carbono com espessura semelhante de ~ 20 μm, conforme mostrado na Fig. 7a e na Tabela 1. Aqueles de base convencional de Pt CEs também foram realizados para comparação. Os DSSCs empilhados com CNPs em CEs tinham J extremamente alto _sc de ~ 17,18 mA cm ^{- 2} , mas muito baixo V _oc de ~ 0,5 V e FF de ~ 0,25, portanto, causou o PCE mais baixo de ~ 0,22%, sugerindo que os CNPs não são adequados para DSSCs devido à área de contato interfacial baixa induzida por agregação forte com vidro FTO nos CEs. Os DSSCs empilhados com GF e CNP / GF em CEs também mostraram FF e PCE mais baixos devido à sua área de superfície específica relativamente baixa confirmada por medições BET anteriores, conforme mostrado na Fig. 3. No entanto, os DSSCs empilhados com MWCNT e composto de carbono adicionado de MWCNT os materiais tiveram PCEs mais elevados de> 5%. Os DSSCs empilhados com compósitos CNP / MWCNT tiveram o melhor PCE de ~ 5,67%, que foi muito próximo ao PCE de ~ 5,7% gerado pelos DSSCs baseados em Pt. Isso sugere que a maior área de superfície específica criada pelo emprego de materiais compostos de carbono nanoestruturados baseados em MWCNT promoveu o processo de redução de forma mais eficaz na interface de CE e eletrólito líquido. A Figura 7b mostra os gráficos de Nyquist para os DSSCs compostos por vários CEs baseados em materiais de carbono. A resistência ao transporte ( R _ce ) está relacionado ao primeiro semicírculo e à capacitância interfacial (CPE _pt ), que é a transferência de cobrança nos CEs. A resistência à recombinação ( R _rec ) e capacitância interfacial (CPE _{TiO2 / corante / eletrólito} ) estão relacionados ao segundo semicírculo, que representam a transferência de carga nas interfaces do TiO ₂ / corante / eletrólito [36,37,38]. A Tabela 1 mostra que os DSSCs compostos de todos os materiais de carbono, exceto os casos de CNP e CNP / CF compostos empregados no presente estudo exibiram menor R _ce do que os DSSCs baseados em Pt, indicando que MWCNTs e seus compostos tinham alta reatividade eletrocatalítica e condutividade elétrica e, portanto, havia menos perdas de elétrons na interface de CE e eletrólito líquido. E R _rec foi diminuída com o aumento da área de superfície específica dos materiais de carbono, o que eventualmente resultou na redução da recombinação de elétrons na interface do corante e do eletrólito. No entanto, o valor de R _rec para DSSCs baseados em Pt era muito menor do que DSSCs baseados em material de carbono, sugerindo que o Pt era mais benéfico para a transferência de carga nas interfaces de TiO ₂ / corante / eletrólito e materiais de carbono não foram capazes de reduzir rapidamente o \ ({\ mathrm {I}} _ 3 ^ {-} \) em comparação com Pt [39]. A Figura 7c mostra os gráficos de Bode para os DSSCs compostos de vários materiais de carbono. A vida útil do elétron ( τ _e ) pode ser calculado por τ _e =(2π f _máximo ) ^{- 1} (onde, f _máximo é a frequência máxima de pico) [40]. Quando MWCNTs estavam presentes nos materiais compostos de carbono, a vida útil do elétron de DSSCs baseados em material de carbono era maior do que os DSSCs baseados em Pt. Isso sugere que os elétrons foram difundidos ainda mais devido à rápida transferência de carga dos CEs para o eletrólito líquido através dos compostos de carbono MWCNTs e MWCNTs adicionados, que tinham uma área de superfície específica inerentemente mais alta.

Comparação de a curvas de densidade-tensão de corrente, b Parcelas de Nyquist e c Gráficos de Bode para os DSSCs compostos de vários materiais de carbono e CEs baseados em Pt

Conclusões

Neste trabalho, examinamos sistematicamente o efeito de vários materiais de carbono nanoestruturados como uma substituição de Pt em CEs no desempenho fotovoltaico de DSSCs. Especificamente CNPs, MWCNTs, GFs e seus compostos foram empilhados na superfície de CEs, e o desempenho fotovoltaico resultante de DSSCs foi medido em termos de J _sc , V _oc , FF e PCE. Como resultados, os CNPs não foram adequados para uso como substituto de Pt nos CEs de DSSCs devido à formação de estruturas altamente agregadas, que resultaram na separação da película fina à base de CNP formada da superfície do vidro FTO. Ao contrário dos CNPs, a presença de MWCNTs nos vários compostos de carbono foi encontrada para promover efetivamente a transferência de carga de CEs para eletrólito líquido devido à formação de estruturas MWCNT altamente interligadas com área de superfície inerentemente alta específica na superfície do vidro FTO. Portanto, os materiais de carbono nanoestruturados especialmente compostos de MWCNTs e compostos de carbono com adição de MWCNTs (por exemplo, CNP / MWCNT, MWCNT / GF, CNP / MWCNT / GF) são um dos candidatos promissores para substituir o caro Pt nos CEs de DSSCs.