Eletrodos Contrários de Alto Desempenho MoIn₂S₄@CNT para Células Solares Sensibilizadas por Corante

Resumo

Um eletrodo contrário (CE) ternário e composto MoIn₂S₄@CNTs com estrutura de bola de ouriço foi sintetizado usando método hidrotérmico facilitado de uma etapa. O filme composto MoIn₂S₄@CNTs possui grande área de superfície específica através de teste de isotermas de adsorção-desorção de N₂, vantajoso para adsorver mais eletrólito e fornecer maior área de contato ativa para o eletrodo. Adicionalmente, o CE composto MoIn₂S₄@CNTs exibe baixa resistência de transferência de carga e fina capacidade eletrocatalítica feita a partir de série de testes eletroquímicos incluindo voltametria cíclica, impedância eletroquímica e curvas de Tafel. Sob condições ótimas, a DSC baseada no CE composto MoIn₂S₄@CNTs-2 alcança impressionante eficiência de conversão de potência de 8,38%, que excede notavelmente a das DSCs com CE MoIn₂S₄ (7,44%) e eletrodo de Pt (8,01%). O trabalho atual fornece processo de preparação simplificado para as DSCs.

Fundamentação

Nas últimas décadas, é urgente explorar e utilizar energia renovável substituindo combustíveis fósseis convencionais com severa escassez de energia e degradação ambiental aumentando. Célula solar sensibilizada por corante (DSC) atraiu pesquisa ampla por virtude de sua amigabilidade ambiental, processo de preparação facilitado, desempenho fotovoltaico brilhante, e assim por diante. O eletrodo contrário (CE), como um dos componentes significativos de uma DSC, desempenha papel de reunir elétrons do circuito externo e catalisar reação de redução de I₃⁻ para I⁻ no eletrólito líquido. Geralmente, materiais ideais de CE contêm méritos de alta condutividade elétrica e atividade catalítica notável. Porém, platina (Pt) como material de CE prevalente e eficiente é confinada a aplicação comercializada em larga escala por causa das principais fraquezas de escassez, caro e pobre estabilidade a longo prazo. Portanto, muitos esforços foram feitos para desenvolver materiais catalíticos tipo Pt facilmente acessíveis, custo-efetivos aplicados em DSC por anos.

Até agora, vários tipos de materiais alternativos excepcionais foram propostos, como materiais carbonáceos, calcogenetos de metais de transição, polímeros condutores, ligas metálicas e seus compostos. Entre eles, calcogenetos binários de metais de transição atraíram grande atenção devido à sua estrutura única e propriedades químicas. Por exemplo, MoS₂ sintetizado em substrato FTO exibe estrutura em camadas sanduíche, maior área de superfície e mais sítios ativos de borda levando a desempenho fotoelétrico extremo como CE para DSC. Enquanto isso, extenso trabalho de pesquisa focado na atividade catalítica para redução de I₃⁻ também foi feito para WS₂, FeS₂, CoS e NiS₂, que eram comparáveis ou até melhores que eletrodo de Pt. Entretanto, característica inerente destes materiais, como baixa condutividade elétrica e apenas duas composições químicas fixas, impediram melhoria adicional em sua atividade catalítica. Portanto, numerosos métodos visando superar as deficiências acima mencionadas foram adotados para sintetizar calcogenetos de metais de transição multínários por ajuste de elementos componentes, design de estrutura e adaptação de morfologia. Felizmente, consideráveis calcogenetos de metais de transição multínários alcançaram melhorias significativas em capacidade catalítica para DSCs, como NiCo₂S₄, MIn₂S₄ (M = Fe, Co, Ni), CuInS₂, CoCuWS_x e Ag₈GeS₆, cuja capacidade catalítica é obviamente muito melhor que a de seus homólogos binários.

Além disso, é amplamente reconhecido que nanotubos de carbono (CNTs) exibem características consideravelmente novas de grande área de superfície específica, excelente condutividade elétrica, alta resistência mecânica e estabilidade fotoquímica, amplamente usados na síntese e modificação de outros materiais. Lamentavelmente, CNTs mostram pobre atividade eletrocatalítica para redução de I₃⁻, o que limita grandemente sua aplicação independentemente em dispositivo DSC. Felizmente, grande número de estudos mostraram que CE composto modificado com CNTs todos obtiveram desempenho fotoelétrico grandemente melhorado para DSCs. Liu et al. relataram estrutura hierárquica tipo flor de Cu₂MnSnS₄/CNT (CMTS/CNT) CE via método solvotérmico em DSC obteve eficiência de conversão fotoelétrica de 8,97%, muito maior que a das DSCs com CEs CMTS (6,21%) e Pt (8,37%).

Baseado nas considerações acima, neste estudo, um CE composto MoIn₂S₄@CNT de DSC com estrutura de bola de ouriço foi sintetizado usando método hidrotérmico facilitado de uma etapa e esperado melhorar maior desempenho de dispositivo. Resultados de microscópio eletrônico de varredura mostram que diferentes teores de CNT resultam em mudanças visíveis na morfologia. De acordo com série de caracterizações eletroquímicas incluindo voltametria cíclica (CV), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e testes de curvas de Tafel, o CE MoIn₂S₄@CNTs indica atividade catalítica notável e fina resistência de transferência de carga. A DSC montada com CE MoIn₂S₄@CNTs com teor adequado alcança superior eficiência de conversão de potência de 8,38%, que é melhor que a da DSC baseada no CE de Pt (8,01%).

Métodos

Materiais

Molibdato de sódio di-hidratado (Na₂MoO₄·2H₂O), cloreto de índio tetrahidratado (InCl₃·4H₂O) e tioacetamida (TAA) foram comprados da Shanghai Chemical Agent Ltd., China, usados diretamente sem purificação adicional. Nanotubos de carbono (CNTs) foram obtidos da Aladdin Chemical Agent Ltd., China. Corante comercial Z907 foi obtido da Solaronix Ltd. (Suíça). Vidro de SnO₂ dopado com flúor (FTO), comprado da NSG, Japão (15 Ω sq⁻¹), foram limpos com detergente, acetona e álcool etílico em sequência após corte em quadrados de 1,5 cm × 2,0 cm.

Preparação de Fotoânodos Porosos de TiO₂

O coloide de TiO₂ foi preparado como nosso trabalho prévio. Os fotoânodos de TiO₂ sensibilizados por corante foram fabricados como segue: Primeiramente, fita 3-M (50 μm espessa) com área exposta de 0,283 cm² foi fixada no FTO. Subsequentemente, o coloide de TiO₂ preparado foi revestido usando método de revestimento por lâmina. Em segundo lugar, o eletrodo de TiO₂ seco foi sinterizado a 450 °C por 30 min em forno de mufla. Depois, o eletrodo de TiO₂ foi imerso em solução aquosa de tetracloreto de titânio (TiCl₄) 40 mM a 70 °C por 30 min, e então recozido em ar a 450 °C por 30 min. Após resfriar à temperatura ambiente, o eletrodo de TiO₂ foi imerso em solução de etanol absoluto de corante Z907 (0,3 mM) por 24 h para adsorver corantes suficientes e obter fotoânodo de TiO₂ sensibilizado por corante resultante.

Fabricação de CE Ternário MoIn₂S₄@CNTs

Filmes finos de MoIn₂S₄ foram crescidos diretamente sobre substratos FTO por abordagem simples referindo-se a nosso relatório prévio. Em preparação típica, 0,0696 g Na₂MoO₄·2H₂O, 0,169 g InCl₃·4H₂O e 0,1394 g TAA foram difundidos em 30 ml água deionizada sob ultrassom por 2 h até todos reagentes serem dissolvidos. Substratos FTO pré-limpos foram colocados em autoclave de aço inoxidável revestido com Teflon de 100 ml com lado condutivo voltado para cima antes de transferir mistura precursora acima para ele. Após selado, autoclave foi colocado em forno e aquecido sob 200 °C por tempo de reação de 15 h. Substratos de vidro FTO cobertos com materiais MoIn₂S₄ foram retirados do autoclave, lavados com etanol, água deionizada, e então secos em ar a 60 °C por 12 h.

Para estudar impacto dos teores de CNT no CE composto fabricado e desempenho da DSC, diferentes teores de CNTs adicionados ao precursor foram conduzidos, incluindo três amostras nas quais a quantidade de CNTs eram 10, 20 e 30 mg, respectivamente, mantendo outros reagentes e processos de fabricação inalterados. Acima amostras foram marcadas MoIn₂S₄ (0 mg), MoIn₂S₄@CNTs-1 (10 mg), MoIn₂S₄@CNTs-2 (20 mg) e MoIn₂S₄@CNTs-3 (30 mg).

Para comparação, CE de Pt pirolisado foi empregado como CE de referência. Solução de H₂PtCl₆ em isopropanol (0,50% em peso) foi gotejada na superfície do vidro FTO, e então sinterizado a 450 °C em forno de mufla por 30 min para fabricar CE de Pt.

Fabricação das DSCs

As DSCs com estrutura sanduíche foram construídas prendendo os CEs de amostra (incluindo MoIn₂S₄, vários MoIn₂S₄@CNTs e CEs de Pt) junto com fotoânodo de TiO₂ sensibilizado por corante preparado. Surlyn foi usado como espaçador entre eletrodos e seguido por preenchimento do espaço intersticial com eletrólito redox líquido que consistia de 0,60 M iodeto de tetrabutilamônio, 0,10 M iodeto de lítio, 0,05 M iodo e 0,50 M solução de acetonitrila de 4-terc-butil-piridina.

Caracterizações

Composição química dos elementos das amostras foi caracterizada usando espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) (Kratos Axis Ultra). Características morfológicas das amostras foram observadas por microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FESEM, JSM-7001F). Método de área de superfície específica BET foi empregado usando analisador JW-K por absorção de nitrogênio para testar área de superfície e distribuição de tamanho de poro. Outras propriedades eletroquímicas relevantes foram pesquisadas por estação de trabalho eletroquímica CHI660E. Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foi realizada em faixa de frequência de 0,1–10⁵ Hz com amplitude perturbada de 5 mV. Desempenhos fotovoltaicos das DSCs foram realizados medindo curvas de característica densidade de corrente-tensão (J-V) sob irradiação de 100 mW cm⁻² do simulador solar (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd).

Resultados e Discussões

Composição e Morfologia

XPS é empregado para examinar composições de superfície e estados químicos de cada elemento em filmes de MoIn₂S₄ e MoIn₂S₄@CNTs. Espectro de dados de levantamento em amostras MoIn₂S₄ e MoIn₂S₄@CNTs-2 é demonstrado na Fig. 1a para verificar presença de elementos Mo, In, S e C (como referência). Adicionalmente, todos os espectros das quatro amostras, calibrados pelo pico C 1s na energia de ligação de 284,6 eV, são analisados via método de ajuste Gaussiano mostrando na Fig. 1b e c. O pico C 1s aparecido na amostra MoIn₂S₄ é bem conhecido por ter originado do carbono adventício causado por exposição ao ar. Na região Mo 3d, dois picos principais a 228,8 e 232,1 eV são atribuídos a Mo 3d5/2 e Mo 3d3/2 do MoS₂, respectivamente. Este resultado confirma que elemento Mo está em seu estado de oxidação IV, reduzido a Mo⁴⁺ (MoIn₂S₄) de Mo⁶⁺ (Na₂MoO₄). Picos dupletos em energias de ligação de 445,2 e 452,2 eV correspondem a In 3d5/2 e In 3d3/2. Quanto aos espectros de XPS de S 2p, picos localizados a 161,8 e 163,1 eV pertencem a S 2p3/2 e 2p1/2, respectivamente, atribuídos a S₂⁻. Os resultados acima estão bem de acordo com nossos estudos prévios. Além disso, nenhum outro elemento ou pico extra é encontrado no levantamento, reconfirmando que amostras sintetizadas têm composições químicas e estrutura similares.

Espectros de XPS das amostras

Morfologias de superfície dos nanofilmes MoIn₂S₄ e MoIn₂S₄@CNTs preparados são observadas por imagens de SEM na Fig. 2. Na Fig. 2a, amostra MoIn₂S₄ exibe estrutura de nanofolha tipo pétala com superfície uniforme, lisa e densa. Diferente dos nanofilmes MoIn₂S₄, estrutura de bola de ouriço é encontrada nas amostras MoIn₂S₄@CNT na Fig. 2b–d, e diâmetro médio das nanoesferas MoIn₂S₄@CNTs é cerca de 890 nm. É fácil observar que tantas nanofolhas de rede são totalmente crescidas no substrato FTO. Comparado às amostras MoIn₂S₄@CNT com baixo (MoIn₂S₄@CNTs-1) e alto (MoIn₂S₄@CNTs-3) teores de CNT, a amostra com teor moderado (MoIn₂S₄@CNTs-2) exibe mais bolas de ouriço e arranjo de nanofolhas na rede do MoIn₂S₄. Bom desempenho de contato entre estrutura de arranjo de nanofolha de rede com grande número de bolas de ouriço no substrato FTO facilita redução de I₃⁻ atribuída à sua boa condutividade e vastos sítios catalíticos ativos, que pode prever que CE MoIn₂S₄@CNTs-2 alcançará melhor desempenho que CEs MoIn₂S₄, MoIn₂S₄@CNTs-1 e MoIn₂S₄@CNTs-3. Além disso, morfologias dissimilares entre MoIn₂S₄ e MoIn₂S₄@CNTs indicam que CNTs desempenham papel fundamental no controle de morfologia das amostras.

Imagens de SEM de a MoIn₂S₄, b MoIn₂S₄@CNTs-1, c MoIn₂S₄@CNTs-2 e d MoIn₂S₄@CNTs-3

Figura 3 mostra padrões de XRD de várias amostras. Entre eles, picos de difração a 25,74 e 42,85° atribuem-se aos sinais dos CNTs. Picos de difração a 2θ = 27,5, 33,4, 43,7, 47,9, 56,2 e 59,6° pertencem aos planos cristalográficos (311), (400), (511), (440), (533) e (444) de In₂S₃ (cartão JCPDS nº 32-0456). Picos a 14,4 e 66,5° são referentes a planos de cristal (002) e (114) de estrutura cúbica (cartão JCPDS nº 37-1492) para MoS₂. Das amostras MoIn₂S₄@CNTs-2 e MoIn₂S₄, os picos acima discutidos aparecem bem em ambas amostras. Comparado à amostra MoIn₂S₄, pico para CNTs a 25,74° pode ser visto claramente nos padrões de XRD de MoIn₂S₄@CNTs-2. Assim, pode-se inferir que materiais MoIn₂S₄@CNTs-2 são sintetizados com sucesso e não há introdução de impurezas.

Padrões de XRD de várias amostras

Isotermas de adsorção-desorção de N₂ são medidas e mostradas na Fig. 4 para explorar áreas de superfície específicas e características de poro. Geralmente, maior área de superfície específica facilita transmissão de carga mais conveniente na interface CE/eletrólito. Demonstra-se na Fig. 4 que as amostras possuem loop de histerese evidente de comportamento de adsorção-desorção tipo IV, e seus dados correspondentes calculados pelo método Brunauer-Emmett-Teller (BET) e Barrett-Joyner-Halenda (BJH) são tabulados na Tabela 1. Por comparação, é fácil encontrar que área de superfície específica e diâmetro médio de poro das amostras MoIn₂S₄@CNT são muito melhores que a do MoIn₂S₄. Entre as três amostras MoIn₂S₄@CNT, MoIn₂S₄@CNTs-2 mostra maior área de superfície específica de 66,80 m² g⁻¹ e menor diâmetro médio de poro de 17,8 nm, atribuído à excelente estrutura de bola de ouriço após dopagem de CNTs moderados. É razoável acreditar que CE MoIn₂S₄@CNTs-2 obterá fina atividade catalítica e portanto alcançará desempenho de dispositivo altamente eficiente.

Isotermas de absorção-desorção de N₂ de várias amostras

Propriedades Eletroquímicas

Medidas de CV são realizadas para estudar comportamento eletrocatalítico das amostras obtidas na faixa de potencial de −0,6 a 1,0 V a taxa de varredura de 60 mV s⁻¹ para CEs MoIn₂S₄ e MoIn₂S₄@CNTs, e valores calculados são somados na Tabela 1. Picos esquerdos dos dois pares de picos de oxidação e redução em cada curva de CV na Fig. 5a são atribuídos à equação (I₃⁻ + 2e⁻ ↔ 3I⁻), que determina desempenho de atividade eletrocatalítica dos materiais de CE, especialmente em DSCs. Os valores de densidade de corrente de pico de redução negativa (J_pc), parâmetro chave no teste de CV, seguem ordens de Pt (3,80 mA cm⁻²) < MoIn₂S₄ (4,31 mA cm⁻²) < MoIn₂S₄@CNTs-1 (4,68 mA cm⁻²) < MoIn₂S₄@CNTs-3 (5,09 mA cm⁻²) < MoIn₂S₄@CNTs-2 (7,47 mA cm⁻²). Evidentemente, o CE MoIn₂S₄ em si tem boa atividade catalítica, e o CE MoIn₂S₄@CNTs-2 exibe J_pc muito maior que o dos CEs Pt, MoIn₂S₄ e os outros dois tipos de CEs MoIn₂S₄@CNTs atribuído à sua morfologia de superfície distinta, efeito sinérgico de CNTs dopados e maior área de superfície. Os resultados indicam que o CE MoIn₂S₄@CNTs-2 tem fina atividade eletrocatalítica para o par redox I⁻/I₃⁻ em CEs de DSC. Figura 5b mostra curvas de CV do CE MoIn₂S₄@CNTs-2 a taxa de varredura de 60 mV s⁻¹ e são quase sem mudança com 50 ciclos, indicando que o CE MoIn₂S₄@CNTs-2 possui excelente estabilidade eletroquímica.

a CVs dos vários CEs a taxa de varredura de 60 mV s⁻¹. b 50 ciclos CV do CE MoIn₂S₄@CNTs-2

Figura 6a–c mostram CVs dos CEs MoIn₂S₄@CNTs a diferentes taxas de varredura. Com taxas de varredura aumentando de 20 a 120 mV s⁻¹, picos de oxidação e redução deslocam-se para direções positiva e negativa devido às rápidas difusões do par redox I⁻/I₃⁻ nas superfícies dos CEs e grande polarização eletroquímica. Além disso, Fig. 6d mostra relação entre densidades de corrente de picos anódico e catódico dos pares de picos esquerdos contra raiz quadrada das taxas de varredura. Relações lineares bem ajustadas indicam que reação redox de I⁻/I₃⁻ é dominada por transporte iônico controlado por difusão.

CVs dos CEs MoIn₂S₄@CNTs a diferentes taxas de varredura a MoIn₂S₄@CNTs-1, b MoIn₂S₄@CNTs-2, c MoIn₂S₄@CNTs-3 e d influências da taxa de varredura nas densidades de corrente dos picos redox

Figura 7a mostra gráficos de Nyquist das diferentes amostras para maior insight na cinética do processo de transferência de carga interfacial. Dados de EIS feitos das curvas ajustadas com modelo de circuito equivalente do inseto estão listados na Tabela 2. Tipicamente, gráficos de Nyquist contêm dois semicírculos, o primeiro semicírculo à esquerda representa resistência de transferência de carga R_ct na interface CE e eletrólito, e o segundo semicírculo corresponde à impedância de difusão de Nernst no eletrólito, enquanto intercepto da curva na região de alta frequência no eixo real é conhecido como resistência série R_s. Em geral, R_s e R_ct são dois parâmetros vitais para avaliar atividade catalítica de CE em DSC. Pequeno R_s indica bom contato entre catalisador e substrato, e portanto resistência do dispositivo inteiro também é pequena. Enquanto isso, pequeno R_ct representa alta taxa de transferência de carga. Como apresentado na Tabela 2, os valores de R_s dos CEs MoIn₂S₄, MoIn₂S₄@CNTs-1, MoIn₂S₄@CNTs-2 e MoIn₂S₄@CNTs-3 são 24,77, 23,16, 18,96 e 19,58 Ω cm², respectivamente. Obviamente, todos os CEs compostos MoIn₂S₄@CNTs têm R_s menor que o do CE MoIn₂S₄, indicando que condutividade dos CEs MoIn₂S₄@CNTs é aumentada após dopagem de CNTs. Além disso, entre os quatro CEs, tendências de R_ct é MoIn₂S₄ > MoIn₂S₄@CNTs-1 > MoIn₂S₄@CNTs-3 > MoIn₂S₄@CNTs-2, sugerindo ordem inversa de impedância eletroquímica e capacidade catalítica dos CEs. CE MoIn₂S₄@CNTs-2 possui menor valor de R_ct pode ser atribuído à sinergia dos CNTs com fina condutividade e MoIn₂S₄ com excelente capacidade catalítica, resultando em redução mais efetiva de triiodeto na interface CE/eletrólito. Aparentemente, condutividade e capacidade catalítica dos CEs compostos MoIn₂S₄@CNTs foi melhorada grandemente que a do CE MoIn₂S₄, e resultado é completamente consistente com testes BET e CV.

a EIS e b Curvas de Tafel dos CEs simétricos MoIn₂S₄, MoIn₂S₄@CNTs-1, MoIn₂S₄@CNTs-2 e MoIn₂S₄@CNTs-3

Curvas de polarização de Tafel dos vários CEs são medidas como mostrado na Fig. 7b, e valores dos parâmetros correspondentes são resumidos na Tabela 2. Normalmente, curva de Tafel padrão inclui dois parâmetros significativos nomeados densidade de corrente de troca (J₀) e densidade de corrente de difusão limitante (J_lim). J₀ está relacionado à reação de redução catalítica. Quanto maior J₀, melhor efeito catalítico. J_lim também é positivamente relacionado à eficiência de difusão do eletrólito. Maior J_lim indica difusão mais rápida de íons I₃⁻. Como apresentado na Fig. 7b e Tabela 2, J_lim e J₀ estão todos em ordens de Pt < MoIn₂S₄ < MoIn₂S₄@CNTs-1 < MoIn₂S₄@CNTs-3 < MoIn₂S₄@CNTs-2, sugerindo que atividade catalítica do CE MoIn₂S₄@CNTs-2 aumentou grandemente após dopagem de CNTs. Entre CEs acima, CE MoIn₂S₄@CNTs-2 ganha melhor atividade catalítica comparado aos outros. O maior J_lim e J₀ do CE MoIn₂S₄@CNTs-2 pode ser atribuído à sua grande área de superfície específica feita da estrutura de bola de ouriço e condutividade aumentada por dopagem de CNTs.

Desempenho Fotovoltaico das DSCs

Para contraste, as DSCs com CEs MoIn₂S₄, MoIn₂S₄@CNTs e Pt são preparadas com fotoânodos e eletrólito uniformes. Curvas de característica J-V são medidas sob 1 sol (AM 1.5 G, 100 mW cm⁻²) e valores dos parâmetros fotovoltaicos correspondentes estão listados na Tabela 3. Quatro parâmetros-chave incluindo densidade de corrente de curto-circuito (J_sc), tensão de circuito aberto (V_oc), fator de preenchimento (FF) e eficiência de conversão de potência (η) são usualmente adotados para avaliar desempenho fotovoltaico das DSCs. FF e η das DSCs são calculados de acordo com Eqs. (1) e (2):

η (%) = (Vmax × Jmax) / Pin × 100% = (Voc × Jsc × FF) / Pin × 100% (1)

FF = (Vmax × Jmax) / (Voc × Jsc) (2)

onde P_in é potência de luz incidente e J_max (mA cm⁻²) e V_max (V) são densidade de corrente e tensão no ponto de potência máxima de saída nas curvas J-V, respectivamente.

Como pode ser visto na Fig. 8, as DSCs com CEs MoIn₂S₄ e CNTs têm eficiência de conversão de potência de 7,44% e 3,62%. Comparado às DSCs com CEs MoIn₂S₄ e CNTs, as DSCs montadas com os três CEs MoIn₂S₄@CNTs exibem melhoria nos valores de J_sc e η. Além disso, valores de J_sc e η das DSCs baseadas nos CEs MoIn₂S₄@CNTs aumentam com teores de CNT aumentando de 10 a 20 mg. Enquanto aumento adicional do teor de CNT para 30 mg resulta em leve descida para J_sc e η. Comparado com DSC baseada em Pt, todas as três DSCs baseadas em MoIn₂S₄@CNTs exibem η melhorada de 8,16%, 8,31% e 8,38%, que são maiores que a da DSC baseada em Pt (η de 8,01%) sob mesma condição. Especialmente, a DSC montada com CE MoIn₂S₄@CNTs-2 mostra melhor desempenho fotovoltaico e atinge η de 8,38%, e seu correspondente J_sc de 17,17 mA cm⁻², V_oc de 0,745 V e FF de 0,655. Propriedade fotoelétrica melhorada da DSC com CE MoIn₂S₄@CNTs-2 foi devida ao efeito sinérgico dos CNTs e MoIn₂S₄.

Características J-V das DSCs fabricadas com diferentes CEs

Conclusões

Eletrodos contrários ternários MoIn₂S₄ e MoIn₂S₄@CNTs são fabricados em substrato FTO usando método hidrotérmico facilitado de uma etapa e servidos em DSCs. Sob condições ótimas, as DSCs baseadas nos CEs MoIn₂S₄@CNTs todas alcançam boa eficiência de conversão de potência. Especialmente, a DSC com CE composto MoIn₂S₄@CNTs-2 exibe boa eficiência de conversão de potência de 8,38%, muito maior que a das DSCs com CE MoIn₂S₄ (7,44%) e eletrodo de Pt (8,01%). Propriedade fotoelétrica aumentada da DSC com CE MoIn₂S₄@CNTs-2 foi devida ao efeito sinérgico dos CNTs e MoIn₂S₄. Enquanto isso, efeito sinérgico do CE MoIn₂S₄@CNTs em desempenho eletroquímico foi confirmado de série de testes eletroquímicos incluindo voltametria cíclica, impedância eletroquímica e curvas de Tafel. Filme composto MoIn₂S₄@CNTs possui grande área de superfície específica através de teste de isotermas de adsorção-desorção de N₂, vantajoso para adsorver mais eletrólito e fornecer maior área de contato ativa para o eletrodo. Fatos do CE MoIn₂S₄@CNTs servido em DSC ampliam aplicações potenciais de semicondutores complexos de metais de transição no campo de quimica optoeletrônica.

Disponibilidade de Dados e Materiais

Todos os conjuntos de dados nos quais as conclusões do manuscrito dependem são apresentados no artigo principal.

Abreviações

CE:

Eletrodo contrário

CV:

Voltametria cíclica

DSC:

Célula solar sensibilizada por corante

I⁻/I₃⁻:

Iodeto/triiodeto

J₀:

Densidade de corrente de troca

J_lim:

Densidade de corrente limitante

J_max:

Densidade de corrente máxima

J_sc:

Densidade de corrente de curto-circuito

J-V:

Fotocorrente-fototensão

P_in:

Potência de luz incidente

R_ct:

Resistência de transferência de carga

R_s:

Resistência série

SEM:

Microscopia eletrônica de varredura

V_max:

Tensão máxima

V_oc:

Tensão de circuito aberto