Mejora de la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares sensibilizadas con colorante fibroso flexible

Resumen

Un TiO ₂ flexible y sensibilizado con colorante La fibra con estructura multicapa se preparó utilizando el método del cepillo como fotoanodo en las células solares sensibilizadas con colorante fibroso flexible eficientes (FFDSSC) para evitar la recombinación electrónica y mejorar la eficiencia de captura electrónica. El contraelectrodo compuesto de Pt, preparación a partir de la modificación de la superficie del alambre de Pt electrodepositado mediante un método de descomposición térmica simple de un solo paso de H ₂ PtCl ₆ La solución de isopropanol y alcohol n-butílico (relación en volumen =1:1) proporcionó una mejora significativa en la actividad electrocatalítica, que fue confirmada por extensas pruebas electroquímicas. El FFDSSC ensamblado con TiO ₂ en forma de fibra El fotoanodo y el contraelectrodo compuesto de Pt logran una eficiencia de conversión fotoeléctrica mejorada del 6,35%, superior a la del FFDSSC con TiO ₂ fibroso monocapa Contraelectrodo fotoanodo y alambre de Pt electrodepositado. Más importante aún, la eficiencia de conversión fotoeléctrica del 6,35% es comparable a la del FFDSSC basado en el contraelectrodo de alambre de Pt puro (6,32%). El FFDSSC con alta elasticidad, flexibilidad y capacidad de estiramiento puede adaptarse a deformaciones mecánicas complejas, lo cual es de gran importancia para el desarrollo de dispositivos electrónicos portátiles en el futuro.

Antecedentes

Las células solares sensibilizadas por colorante (DSSC) se consideran una de las células fotovoltaicas de próxima generación más prometedoras para reemplazar las células solares convencionales basadas en Si por sus ventajas de bajo costo, alta eficiencia de conversión de energía y respeto al medio ambiente [1, 2]. . Sin embargo, las células solares con vidrio conductor rígido se enfrentan ahora a limitaciones en la aplicación práctica, como el transporte, la instalación, la manipulación y los sistemas textiles inteligentes [3, 4, 5]. Para superar estos problemas y ampliar su área de aplicación, los investigadores de DSSC se preocupan mucho por las células solares en forma de fibra como candidatas prometedoras para aplicaciones futuras en diversas direcciones.

Las células solares fibrosas exhiben ventajas únicas de ser livianas, portátiles y adaptables a una variedad de superficies curvas como nuestro cuerpo en comparación con los dispositivos fotovoltaicos planos y, por lo tanto, se están desarrollando de manera robusta para satisfacer las demandas de varios dispositivos electrónicos portátiles en la vida moderna [6,7, 8]. Además de las ventajas del DSSC flexible de placa plana, las células solares de fibra tienen la ventaja única de la iluminación tridimensional, que puede aprovechar al máximo la luz difusa desde todos los ángulos.

En varios estudios sobre DSSC fibrosos se ha informado de la preparación con alambre de titanio modificado como fotoanodo y alambre de platino puro (Pt) como contraelectrodos (CE) [9, 10]. Por supuesto, el Pt es uno de los materiales más selectivos para catalizar la reducción de I ₃ ^- a I ^- debido a su superior actividad electrocatalítica, estabilidad y excelente conductividad; sin embargo, es muy costoso con alambre de Pt puro como CE y no favorece la producción a gran escala de dispositivos fibrosos. Por lo tanto, es esencial un diseño efectivo de electrodo que incluya CE de bajo costo con alta conductividad y capacidad catalítica. Muchos informes han descubierto varias opciones mediante la descomposición térmica o la reducción electroquímica para preparar las películas de Pt con la misma función que el platino puro, lo que reduce significativamente la cantidad de uso de platino [11,12,13,14]. Además, el rendimiento del FFDSSC con fotoanodo de alambre de titanio modificado es bajo debido a su pequeña carga de tinte y recombinación de electrones. Se realizan muchos intentos para mejorar la eficacia de la absorción óptica y el transporte de carga mediante la modificación de la superficie, el cambio de tamaño de partícula y la construcción de múltiples estructuras para el fotoanodo. El objetivo principal es desarrollar electrodos de fibra de alto rendimiento para mejorar el rendimiento fotovoltaico de las células solares en forma de fibra.

Aquí, un DSSC fibroso flexible (FFDSSC) basado en un TiO ₂ fibroso flexible fotoanodo con superficie lisa recubierta sobre el sustrato de alambre de Ti mediante el uso de un método de sinterización de múltiples pasos, y un compuesto CE de Pt modificado preparado con alambre de Al como núcleo interno mediante un enfoque de descomposición electroquímica-térmica de dos pasos se previó para mejorar el efecto fotoeléctrico eficiencia de conversión. Como era de esperar, el compuesto Pt CE modificado mostró una excelente actividad electrocatalítica y una baja resistencia a la transferencia de carga de 3,11 Ω cm ² a través de las extensas mediciones electroquímicas. El FFDSSC mostró un rendimiento considerablemente mejorado en la eficiencia de conversión fotoeléctrica del 6,35% bajo una irradiación de 100 mW cm ⁻² (AM 1.5).

Métodos

Materiales

El hexahidrato de cloruro de níquel (II) (NiCl ₂ · 6H ₂ O, 98%), tiourea (TU, ≥ 99,0%), cloruro de cobalto hexahidratado (CoCl ₂ · 6H ₂ O, 98%), etanol, ácido cloroplatínico, tetracloruro de titanio (TiCl ₄ ) y titanato de tetra-n-butilo se adquieren de Shanghai Chemical Agent Ltd., China. Todos los reactivos son de grado reactivo analítico. El alambre de aluminio y titanio (diámetro =0,2 mm, 99,999%) se compran de Shengshida Metallic Material Co., Ltd. China. El colorante sensibilizado con compuesto organometálico N719 se obtiene de Solaronix SA (Suiza). El TiO ₂ pasta (diámetro =20 nm) se compran de Wuhan Geao Co., Ltd. China.

Preparación de TiO fibroso flexible ₂ fotoanodo

Los alambres de aluminio y titanio con una longitud de 15 cm se pulieron con papel de lija y se limpiaron ultrasónicamente secuencialmente en detergente, acetona, agua destilada y etanol durante 30 min, respectivamente, y luego se almacenaron en alcohol isopropílico. El TiCl ₄ las soluciones se configuraron con la concentración de 0.03 y 0.05 M y se almacenaron en el refrigerador.

El TiO ₂ fibroso flexible sensibilizado con colorante El fotoanodo se preparó con referencia a nuestros informes anteriores [15, 16, 17]. En primer lugar, se formó una capa de barrera sumergiendo el sustrato de alambre de titanio con una longitud de 15 cm en 0,03 M de TiCl ₄ solución a 70 ° C durante 1 h, seguida de sinterización a 450 ° C durante 30 min en aire. Este proceso se repite cinco veces para aumentar la carga de TiO ₂ . Posteriormente, el TiO ₂ Se aplicó una capa con un tamaño de partícula de 20 nm sobre la capa de barrera usando el método de brocha y luego se sinterizó a 450 ° C durante 30 min en aire. Este proceso se repite tres veces para formar una superficie lisa. Se forma una capa modificada sumergiendo el TiO ₂ mencionado anteriormente sustrato en 0,05 M TiCl ₄ solución a 70 ° C durante 1 hora y sinterizar a 450 ° C durante otros 30 min. Este proceso se repite dos veces para asegurarse de que el TiO ₂ se llenan los poros. El tinte se cargó sumergiendo el TiO ₂ fibroso ánodo en 0,3 mM de colorante N719 solución de terc-butanol / acetonitrilo durante 12 h. Por lo tanto, el TiO ₂ fibroso flexible sensibilizado con colorante Se obtuvo fotoanodo.

Preparación de CE fibroso de Pt y fabricación de FFDSSC

Fibrous Pt CE se preparó mediante un método de descomposición electroquímica-térmica de dos pasos. En primer lugar, se empapó alambre de aluminio en 0.01 M H ₂ PtCl ₆ y LiClO ₄ solución de etanol para realizar el procedimiento de electrodeposición y se obtuvo CE fibrosa de Pt-1. El CE fibroso de Pt-1 obtenido se calentó a 250 ° C, y luego 0,5 ml de H ₂ PtCl ₆ (1,0% en peso) de isopropanol y alcohol n-butílico (relación en volumen =1:1) se vertió rápidamente una solución que contenía agente emulsionante de OP (1,0% en peso) sobre la superficie del CE fibroso de Pt-1 y se sinterizó a 450 ° C durante 30 min para eliminar algunos compuestos orgánicos residuales en la capa de platino, y así se preparó una película de platino microporosa y se firmó CE fibrosa Pt-2. El CE fibroso de Pt-2 se retorció alrededor del TiO ₂ fibroso fotoanodo con un paso de aproximadamente 0,5 mm para formar un DSSC flexible con forma de fibra (como se muestra en la Fig. 1). El cable resultante se selló en un tubo de plástico (diámetro de 0,5 mm) y electrolito redox (0,05 M de I ₂ , 0,1 M de LiI, 0,6 M de yoduro de tetrabutilamonio y 0,5 M de TBP en acetonitrilo) con una jeringa y se selló con la adhesión de curado UV (HT8803) para evitar fugas o evaporación del electrolito líquido. A modo de comparación, los DSSC con forma de fibra flexible (basados en los CE de Pt-1 y Pt puro, y el TiO ₂ fibroso fotoanodo con y sin TiCl ₄ modificación) se prepararon mediante un proceso similar.

Ilustración esquemática de la fabricación DSSC en forma de fibra. un Proceso de fabricación del DSSC en forma de fibra. b Fotografía del DSSC en forma de fibra

Caracterización

Las morfologías de la superficie de las muestras se observaron utilizando microscopio electrónico de barrido de emisión de campo JSM-7001F (SEM). El análisis de espectroscopía de dispersión de energía (EDS) se obtuvo de Bruker-ASX (Modelo Quan-Tax 200). Las mediciones de voltamperometría cíclica (CV) se realizaron en una celda de un compartimento de tres electrodos, en la que se tomó un alambre de Pt preparado como electrodo de trabajo, una hoja de Pt de 1,5 cm ² como CE, y un electrodo de Ag / AgCl como electrodo de referencia en una solución de acetonitrilo que consta de LiI 10 mM, I 1 mM ₂ y LiClO ₄ 0,1 M . Las pruebas de EIS se llevaron a cabo simulando condiciones de circuito abierto en la atmósfera ambiente mediante el uso de un sistema de medición electroquímica (CHI660E, Shanghai Chenhua Device Company, China) a una temperatura constante de 20 ° C con una amplitud de señal de CA de 20 mV en el rango de frecuencia de 0,1 a 10 ⁵ Hz a 0 V CC de polarización en la oscuridad.

Las pruebas fotovoltaicas de FFDSSC se realizaron midiendo las curvas características de fotocorriente-fotovoltaje (J-V) bajo una irradiación de 100 mW cm ^{- 2} del simulador solar (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd) en atmósfera ambiental. El factor de relleno (FF) y la eficiencia de conversión fotoeléctrica ( η ) de DSSC se calcularon de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

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

donde J _sc es la densidad de corriente de cortocircuito (mA cm ⁻² ); V _oc es el voltaje de circuito abierto (V), P _en es la potencia de la luz incidente (mW cm ⁻² ) y J _máx (mA cm ⁻² ) y V _máx (V) son la densidad de corriente y el voltaje en el punto de máxima potencia de salida en la curva J – V, respectivamente.

Resultados y discusión

Morfología de la superficie y composición de las muestras

La Figura 2 presenta las imágenes SEM del TiO ₂ con forma de fibra fotoanodo y Pt CE con diferentes resoluciones, las imágenes EDS del fibroso Pt CE y el TiO ₂ fotoanodo antes y después de la sensibilización. De la Fig. 2a yb, el TiO ₂ en forma de fibra fotoanodo mantiene la superficie lisa y la estructura porosa, y el TiO ₂ las nanopartículas se dispersan uniformemente en el alambre de Ti. Por lo tanto, el TiO ₂ en forma de fibra fotoanodo modificado con TiCl ₄ formó dos veces el TiO ₂ capa de barrera, que puede prevenir eficazmente la recombinación de electrones entre el electrolito y la fibra de Ti. En las Fig.2c yd, se puede ver que la superficie del Pt CE fibroso es lisa, con microporos uniformes y pocas protuberancias, que provienen de la rápida ebullición y volatilización del isopropanol, y una gran cantidad de poros se generaron in situ en la superficie de la electrodeposición Pt. Esta morfología de la superficie del Pt CE modificado con forma de fibra aumenta en gran medida el área de superficie específica de la fibra de platino y se utiliza para la adsorción de electrolito líquido [18], lo que resulta en una gran mejora de la densidad de fotocorriente y el voltaje de circuito abierto para el FFDSSC. Las figuras 2e yf muestran las imágenes EDS del TiO ₂ fotoanodos antes y después de la sensibilización, respectivamente. En comparación con la Fig. 2e, f revela que el TiO ₂ El fotoanodo se sensibilizó con éxito a partir de la fuerte señal del elemento Ru. Las señales fuertes para los elementos Al y Pt, como se muestra en la Fig. 2g, indican que el Pt CE fibroso se preparó con alambre de Al como núcleo interno.

Las imágenes SEM del TiO ₂ fotoanodo ( a , b ) y Pt CE fibroso ( c , d ) con diferentes resoluciones, las imágenes EDS del TiO ₂ fotoanodo antes ( e ) y después ( f ) sensibilizante, y el Pt CE fibroso ( g )

Propiedades electroquímicas

La Figura 3 presenta los voltamogramas cíclicos de la electrodeposición Pt CE antes y después modificada con descomposición térmica Pt a la tasa de exploración de 50 mV s ⁻¹ para investigar la actividad electrocatalítica de las muestras en el intervalo de potencial de - 0,4 a 1,0 V. Según nuestro conocimiento, el valor absoluto de la densidad de corriente máxima catódica | I _pc | se correlaciona positivamente con la capacidad catalítica de los electrodos y el valor absoluto de la separación de pico a pico | E _pp | se correlaciona inversamente con la actividad electrocatalítica de los CE [19, 20]. La Figura 3 muestra formas casi idénticas de dos pares de picos redox y | E _pp | para los CE de Pt-1 y Pt-2 en I ^- / I ₃ ^- sistema redox y el | I _pc | de los CE de Pt-1 y Pt-2 son 2,10 y 2,87 mA cm ⁻² , respectivamente, que exhibe una densidad de corriente máxima catódica mucho más alta para el Pt-2 CE. Esto se atribuye a la gran superficie activa y la estructura de microporos del Pt-2 CE elaborado a partir de la rápida ebullición y volatilización del isopropanol, y una gran cantidad de poros generados in situ en la película de platino. Se notó que aunque los CE de Pt-1 y Pt-2 exhiben una | E _pp similar |, sin embargo, el Pt-2 CE muestra mucho más alto | I _pc | que el del Pt-1 CE. Esto indica que el Pt-2 CE actúa más eficazmente como catalizador en la reacción del I ^- / I ₃ ^- electrolito que el del Pt-1 CE. Más importante aún, el Pt-2 CE con estructura de doble capa exhibe valores más altos para el | I _pc | y | E _pp | que la de la fibra pura de Pt CE (enumerada en la Tabla 1). El hecho prueba plenamente que el Pt-2 CE con una preparación sencilla y de bajo coste realiza la misma función que el CE puro de fibra de Pt. En consecuencia, la electrodeposición Pt CE modificada con descomposición térmica Pt es un electrocatalizador eficaz y tiene una buena capacidad electrocatalítica para el I ^- / I ₃ ^- reacción redox.

Los voltamogramas cíclicos para los CE de Pt-1, Pt-2 y Pt puro a una velocidad de barrido de 50 mV s ⁻¹

La Figura 4 muestra 50 ciclos de voltamogramas cíclicos para Pt-2 CE a una velocidad de barrido de 50 mV s ⁻¹ para investigar la estabilidad electroquímica a largo plazo de un CE. Como se presenta en la Fig. 4, las densidades de corriente pico catódica y anódica normalizadas apenas cambian después de ser probadas durante 50 ciclos consecutivos. Esto sugiere que la electrodeposición de Pt CE después de modificada con H ₂ PtCl ₆ La descomposición térmica recubierta sobre el sustrato de Al posee una excelente estabilidad electroquímica y química.

Voltamogramas cíclicos para Pt-2 CE a una velocidad de barrido de 50 mV s ⁻¹ . 50 ciclos de escaneo continuo ( a ); los voltamogramas cíclicos del 1er y 50o círculo ( b )

Las impedancias electroquímicas de los CE son herramientas eficaces y extensas para investigar el proceso de transporte de carga. La Figura 5 muestra las gráficas de Nyquist de las CE simétricas de Pt-1, Pt-2 y Pt pura para I ^- / I ₃ ^- electrolito, y los parámetros EIS correspondientes también se enumeran en la Tabla 1, en la que el R _s es el valor de resistencia en el punto de inicio del primer semicírculo, la R _ct es el radio del primer semicírculo, y el semicírculo representa la impedancia de difusión de Nernst ( Z _w ) correspondiente a la resistencia a la difusión del I ^- / I ₃ ^- especies redox [21, 22]. Como todos saben, la R _ct es un parámetro crucial para comparar la capacidad electrocatalítica de diferentes CE, que se correlaciona inversamente con la capacidad catalítica de los CE. De la Fig. 5 y la Tabla 1, la R _s asociados con los CE de Pt-1, Pt-2 y Pt puro son 3,96, 3,57 y 3,75 Ω · cm ² , respectivamente. La R _ct para los CE de Pt-1, Pt-2 y Pt puro son 3,99, 3,11 y 3,10 Ω cm ⁻² , respectivamente. En otras palabras, la R _s y R _ct para los CE antes mencionados siga las órdenes de Pt-1> Pt-2> Pt. Por lo tanto, es comparable al del Pt-1 CE e indica que se produjo una menor resistencia de transferencia de carga interfacial en la interfaz entre el Pt-2 CE e I ^- / I ₃ ^- electrolito en las mismas condiciones de prueba. Estos resultados prueban completamente que el Pt-2 CE con estructura de doble capa después de la descomposición térmica modificando el Pt muestra una gran mejora en la capacidad catalítica electroquímica en comparación con el Pt CE puro. Las razones para mejorar el rendimiento del CE se pueden atribuir a la estructura de la superficie, es decir, microporos uniformes y pocas protuberancias, y buenas propiedades electroquímicas, que pueden hacer que los electrones se transmitan fácilmente a través de la interfaz película Pt-2 | Al. Sobre la base de la consideración exhaustiva de los datos del EIS, se puede prever que la propiedad del Pt-2 CE es ventajosa para mejorar el rendimiento fotovoltaico de los FFDSSC.

EIS de Pt-1, Pt-2 y Pt CE puros para I ^- / I ₃ ^- pareja redox

La Figura 6 presenta las curvas de Tafel para las células simétricas similares a las utilizadas en las mediciones de EIS para reconfirmar la actividad electrocatalítica de los CE de Pt-1, Pt-2 y Pt puro. Como se ve en la Fig.6, el Pt-2 CE muestra una densidad de corriente de intercambio mucho mayor ( J ₀ ) y limitar la densidad de corriente de difusión ( J _lim ) (1,48 y 2,18 mA cm ^{- 2} ) en comparación con el Pt-1 CE (1,28 y 1,89 mA cm ⁻² ), lo que sugiere una mayor conductividad y capacidad electrocatalítica para el Pt-2 CE. Además, el J más alto _lim para el Pt-2 CE refleja una velocidad de difusión más rápida para el par redox en el electrolito [23,24,25]. Además, como se esperaba, la actividad electrocatalítica del Pt-2 CE se muestra tan excelente como la del Pt CE puro. Estos factores positivos pueden atribuirse a las mismas razones que CV y EIS, que lógicamente dan como resultado una eficiencia de conversión de energía eficiente para el FFDSSC. En teoría, J ₀ es inversamente proporcional a R _ct según Eq. (5) [26, 27]. El cambio de tendencia de J ₀ en las curvas de Tafel para los CE de Pt-1, Pt-2 y Pt puro generalmente está de acuerdo con la EIS. Generalmente, los extensos resultados de las mediciones electroquímicas (CV, EIS y Tafel) indican que el Pt-2 CE posee una actividad electrocatalítica mejorada en comparación con la del Pt CE puro; por tanto, se puede esperar lógicamente una mejora considerable en el rendimiento fotovoltaico de la FFDSSC.

$$ {J} _0 =\ frac {RT} {nFR _ {\ mathrm {ct}}} $$ (5)

Curvas Tafel de los CE simétricos de Pt-1, Pt-2 y Pt puro para I ^- / I ₃ ^- pareja redox

donde R es la constante de gas, T , F , n y R _ct tienen su significado habitual.

Rendimiento fotovoltaico de las FFDSSC

Las características J-V de los FFDSSC con diferentes CE y fotoanodos se midieron por debajo de 100 mW cm ⁻² (AM 1,5 G), y los resultados se presentan en la Fig. 7 y la Tabla 2. Las curvas byc presentan las FFDSSC ensambladas con CE de Pt-1 y Pt-2 y TiO ₂ fotoanodo sin TiCl ₄ modificado en la Fig. 7, que no son lisos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el voltaje de circuito abierto ( V _oc ) y densidad de corriente de cortocircuito ( J _sc ) del FFDSSC-c (0,760 V y 10,78 mA cm ⁻² ) es mucho más alta que la del FFDSSC-b (0,625 V y 10,78 mA cm ⁻² ). Este fenómeno está asociado con la baja R _ct , excelente actividad catalítica electroquímica y conductividad para el CE de Pt-2, y el área de contacto aumentada entre el CE de Pt-2 y el electrolito [28, 29]. Curvas dye de las FFDSSC con CE de Pt-1 y Pt-2 y TiO ₂ fotoanodo con TiCl ₄ visualización modificada de las curvas suaves con alto V _oc , J _sc y factor de relleno (FF). Entre ellos, el mayor rendimiento fotoeléctrico del FFDSSC-e se origina principalmente en el menor R _ct y una conductividad y actividad catalítica electroquímica más excelente para el Pt-2 CE en comparación con el FFDSSC-a basado en el Pt CE puro y el TiO ₂ fotoanodo con TiCl ₄ modificado (6,32%). Además, las razones más importantes se atribuyen al TiCl ₄ modificación, que aumenta la tasa de generación de fotoelectrones por las moléculas de colorante excitadas y reduce la tasa de recombinación del electrón y el alambre de Ti; por lo tanto, el dispositivo muestra lógicamente mejor V _oc , J _sc y valores de FF. Por el contrario, el FFDSSC basado en TiO ₂ fotoanodo sin modificación por el TiCl ₄ muestra un peor rendimiento fotovoltaico. Simultáneamente, la modificación doble para el CE influye significativamente en el rendimiento de FFDSSC, lo que aumenta la carga de electrolito en la superficie del CE y disminuye la resistencia interna y la corriente oscura del FFDSSC, mejorando así en gran medida el J _sc valores. Estos indican que las dos modificaciones del electrodo facilitan el transporte rápido de electrones en la interfaz entre I ^- / I ₃ ^- electrolito y los electrodos, y también se puede deducir que el FFDSSC basado en el Pt-2 CE y TiO ₂ fotoanodos modificados con TiCl ₄ de hecho, puede mejorar la recombinación de carga y tener un efecto más sobresaliente que otros FFDSSC.

Curvas de rendimiento fotovoltaico para los FFDSSC fabricados con varios fotoanodos y los CE con iluminación estándar. Características J-V de las FFDSSC ( a ); la relación entre la eficiencia de conversión de energía y el voltaje en circuito abierto ( b )

La Figura 8 muestra las gráficas de Nyquist de las FFDSSC basadas en diferentes CE y fotoanodos por debajo de 100 mW cm ⁻² (AM 1,5 G), y el circuito equivalente se muestra como recuadro. R _s es la resistencia en serie y R _ct es la resistencia de transferencia de carga en la interfaz de electrolito / fotoanodo. R _s y R _ct valores para los FFDSSC con capa compacta hecha de TiCl ₄ modificadas (FFDSSC a, d, e) son más bajas que las de las FFDSSC sin TiCl ₄ modificado; esto se debe al ultrafino TiO ₂ Capa compacta con una alta movilidad de electrones que mejoró el contacto de la interfaz entre el alambre de Ti y el TiO ₂ fotoanodo, y también reduce la probabilidad de recombinación de electrones [30, 31]. Además, el FFDSSC-e posee la R más pequeña _s y R _ct valores entre los FFDSSC a, dye, que es menor que el de FFDSSC-a. Esto indica que el Pt-2 CE con dos modificaciones en el FFDSSC es más beneficioso para el transporte de electrones en la interfaz entre I ^- / I ₃ ^- electrolito y los electrodos que el del Pt CE puro. Como consecuencia, las múltiples modificaciones para el ánodo y el contraelectrodo en los FFDSSC son conductoras para mejorar el rendimiento fotovoltaico.

EIS para los FFDSSC fabricados con los diversos fotoanodos y los CE bajo la iluminación estándar

La Figura 9 muestra el IPCE de las FFDSSC con diferentes CE y fotoanodos para reflejar la respuesta a la luz, que está directamente relacionada con J _sc . Como se muestra en la Fig. 9, la eficiencia máxima de todas las FFDSSC a la longitud de onda de aproximadamente 520 nm coincide con la longitud de onda máxima de absorción del tinte N719 [32, 33]. El pico máximo del IPCE para las FFDSSC mencionadas anteriormente sigue el orden de e> a> d> c> b. Este resultado concuerda bien con los rendimientos fotovoltaicos como se muestra en la Fig. 7, que también demuestra nuevamente que las múltiples modificaciones para el ánodo y el contraelectrodo pueden mejorar notablemente el rendimiento fotoeléctrico de los FFDSSC.

El IPCE de las distintas FFDSSC

Conclusiones

Se fabricó una célula solar sensible a colorante fibrosa flexible eficiente (FFDSSC) con fibras de estructura multicapa TiO ₂ fotoanodo (modificado con TiCl ₄ ) y un Pt-2 CE con estructura de doble capa para mejorar el rendimiento del dispositivo. La fibra Pt-2 CE demuestra una excelente actividad electrocatalítica para la reducción de triyoduro en FFDSSC a través de voltamperometría cíclica, espectroscopía de impedancia electroquímica y caracterización de Tafel. El FFDSSC basado en el electrodo de fibra Pt-2 y TiO ₂ fotoanodo de fibra modificado con TiCl ₄ muestra una eficiencia de conversión fotoeléctrica del 6,35%, un 69,8% superior a la de la fibra monocapa TiO ₂ fotoanodo y electrodeposición de hilo de Pt, que es comparable al del FFDSSC basado en el hilo de Pt puro CE. Este FFDSSC de bajo costo y fácil fabricación con alta elasticidad, flexibilidad y capacidad de estiramiento podría preparar microcélulas solares portátiles de alto rendimiento para adaptarse a deformaciones mecánicas complejas, que tienen un gran potencial para desarrollar una nueva familia en dispositivos de conversión y almacenamiento de energía.