Mejora del rendimiento de las células solares sensibilizadas con puntos cuánticos de CdS / CdSe con nanohojas de TiO2 de Anatasa orientadas (001) fotoanodo

Resumen

Se fabricaron células solares sensibilizadas por puntos cuánticos (QDSSC) CdS / CdSe en dos tipos de TiO ₂ fotoanodos, a saber, nanohojas (NS) y nanopartículas. El TiO ₂ Se prepararon NS con facetas de alta exposición (001) mediante un método hidrotermal, mientras que el TiO ₂ Se utilizaron nanopartículas comerciales de Degussa P-25. Se encontró que el tamaño de los poros, el área de superficie específica, la porosidad y las propiedades de transporte de electrones del TiO ₂ Los NS fueron en general superiores a los de P-25. Como resultado, el TiO ₂ El CdS / CdSe QDSSC basado en NS ha mostrado una eficiencia de conversión de energía del 4,42%, lo que corresponde a una mejora del 54% en comparación con la celda de referencia basada en P-25. Este estudio proporciona un diseño de fotoanodo eficaz utilizando un enfoque de nanoestructura para mejorar el rendimiento de TiO ₂ QDSSC basados en.

Antecedentes

En los últimos años, las células solares sensibilizadas con puntos cuánticos (QDSSC) han atraído una atención considerable como alternativas prometedoras a las células solares sensibilizadas con colorante (DSSC). Las ventajas específicas de los puntos cuánticos (QD) sobre los tintes orgánicos y los tintes a base de Ru incluyen un mayor coeficiente de extinción, banda prohibida de energía sintonizable mediante el control del tamaño del punto y la composición química, mayor estabilidad fotónica y química, y posibilidad de generación de excitones múltiples y transferencia de portadores calientes. [1,2,3,4]. Teóricamente, los QDSSC pueden mejorar la eficiencia de conversión de luz a electricidad más allá del límite de Shockley-Queisser del 32% [5].

El esquema de conversión fotoeléctrica de las QDSSC es similar al de las DSSC pero utiliza nanocristales inorgánicos en lugar de tintes orgánicos como absorbentes de luz. Generalmente, las QDSSC consisten en un óxido metálico recubierto de QD como fotoanodo, complejo de polisulfuro ( S ²⁻ / S _x ²⁻ ) como electrolito redox líquido y Pt metal como contraelectrodo. Muchos tipos de semiconductores QD de banda prohibida estrecha, como CdS, CdSe, CdTe y PbS, se han utilizado como absorbentes de luz en el régimen de luz visible [6,7,8,9,10]. Para ampliar el rango de absorción de luz y facilitar la inyección del portador en QDSSC, los QD con el nivel de energía adecuado, como CuInS ₂ / CdS [11, 12], CdTe / CdSe [13] y CdS / CdSe [14,15,16,17,18,19,20,21], se han combinado para formar co-sensibilizadores QD de estructura de núcleo / capa . Entre ellos, los QD de estructura de núcleo / capa de CdS / CdSe han sido ampliamente estudiados debido a su estabilidad relativa y síntesis simple, y las células resultantes generalmente exhibieron eficiencias de conversión de energía de <5%. En la actualidad, las QDSSC de mejor rendimiento reportadas todavía exhiben eficiencias de conversión de energía moderadas de 6 a 8% [10, 13, 22, 23] debido a una recombinación de carga seria y una baja cobertura de QD en los fotoanodos. Para mejorar aún más el rendimiento de las QDSSC, la presente estrategia se ha centrado en el uso de óxidos metálicos mesoporosos como materiales de fotoanodo para mejorar el transporte de electrones, la recolección de luz y la carga de las QD.

Tanto en QDSSC como en DSSC, TiO ₂ ha sido un material fotoanodo poroso preferido debido a su alta eficiencia, bajo costo y excelente estabilidad química [24]. Es bien sabido que el rendimiento de TiO ₂ La energía fotovoltaica basada en la energía depende en gran medida de la morfología y la estructura cristalina del TiO ₂ y la anatasa TiO ₂ disponible Las nanopartículas (NP) están dominadas principalmente por las facetas termodinámicamente estables (101) [25]. Sin embargo, estudios teóricos y experimentales han demostrado que las facetas (001) son mucho más activas que las superficies termodinámicamente estables (101) [26], que son favorables para la absorción de tinte o QD y ayudan a retardar la recombinación de carga [27,28,29 ]. Además, se ha confirmado que el borde de la banda de las facetas (001) es más bajo que el de las facetas (101), lo que es ventajoso para la mejora de voltaje [30].

Varios TiO ₂ En el sistema DSSC se han utilizado nanoestructuras con facetas de alta exposición (001), que incluyen nanohojas (NS), esferas huecas y nanotubos [31,32,33,34]. En particular, la anatasa TiO ₂ Se ha demostrado que las NS con un alto porcentaje de facetas expuestas a (001) exhiben características de estructura de superficie únicas que potencialmente conducen a mejoras en el rendimiento en la división de agua, la fotocatálisis y las baterías de iones de litio [31, 35, 36]. Sin embargo, hasta donde sabemos, hay muchos menos informes sobre el uso de la novela (001) TiO ₂ con cola de facetas estructura de nanoplacas en el sistema QDSSCs [28]. En este trabajo presentamos un estudio comparativo sobre los rendimientos fotovoltaicos del TiO ₂ QDSSC de CdSe / CdS basados en NS y NP. El TiO ₂ Se prepararon NS con facetas de alta exposición (001) mediante un método hidrotermal [37], mientras que el TiO ₂ Los NP utilizaron el Degussa P-25 comercial. Descubrimos que el tamaño de los poros, el área de superficie específica y la porosidad de TiO ₂ Los NS fueron en general superiores a los de P-25. El TiO ₂ resultante CdSe / CdS QDSSC basado en NS exhibió una eficiencia de conversión de energía de 4.42%, que se mejora significativamente hasta en un 54% en comparación con la celda de referencia basada en P-25 en condiciones de fabricación similares.

Métodos

Preparación de varios TiO ₂ Fotoanodos

La anatasa TiO ₂ Se sintetizaron NS con facetas muy expuestas a (001) mediante un método hidrotermal [37]. En resumen, primero se añadieron gota a gota 2,4 ml de ácido fluorhídrico (Aldrich, 48% en peso) a 30 ml de butóxido de titanio (Ti (OBu) ₄ , Aldrich,> 97%), y la mezcla se selló en un autoclave de acero inoxidable revestido de teflón seco. A continuación, el proceso de síntesis se llevó a cabo a 180 ° C durante 16 h en un horno eléctrico. El TiO ₂ resultante Los precipitados de NS se recogieron por centrifugación y se lavaron con agua desionizada y etanol varias veces. Dos tipos de pastas para serigrafía, TiO ₂ Se prepararon NS y P-25 comercial mezclando 6 g de TiO ₂ NS (o polvo P-25), 20 ml de terpineol y 30 ml de etilcelulosa (EC) al 10% en peso en un matraz rotovap de fondo redondo. Después de sonicar y concentrar, las pastas homogéneas al 13% en peso resultantes se revistieron sobre los sustratos de vidrio de óxido de estaño dopado con flúor (FTO) (10 ohmios por cuadrado, 2,2 mm de espesor) mediante serigrafía. Finalmente, el TiO ₂ serigrafiado Los fotoanodos NS y P-25 se recocieron a 500 ° C durante 1 h en aire para permitir una buena conducción eléctrica.

Deposición y sensibilización de CdS / CdSe QDs

Los métodos de deposición de QD en óxidos metálicos en QDSSC se pueden clasificar en dos tipos:(1) crecimiento in situ a través del proceso sucesivo de absorción y reacción de capa iónica (SILAR) para CdS QD y junto con la deposición en baño químico (CBD) o proceso de deposición de vapor químico para CdSe QD; y (2) absorción de coloides QD preparados previamente mediante ligandos modificados. Aunque el último método es más fácil de controlar el tamaño QD y la modificación de la superficie, el crecimiento in situ asociado con el contacto directo con el método del óxido metálico tiene un menor costo de fabricación [17]. En este trabajo, los dos fotoanodos distintos, TiO ₂ Los NS y P-25 también se sensibilizaron in situ con CdS y CdSe QD utilizando los procesos SILAR y CBD, respectivamente. Para la deposición de CdS QD, se prepararon dos soluciones precursoras separadas:CdCl ₂ 20 mM y Na ₂ 20 mM S se disolvieron en una mezcla de metanol y agua desionizada (1:1, v / v) como fuentes de cationes y aniones, respectivamente. Tanto el TiO ₂ Los fotoanodos NS y P-25 se sumergieron primero en el Cd ²⁺ solución precursora durante 1 minuto, y luego se sumerge en el S ²⁻ solución precursora durante 1 min. Antes de cada inmersión, los fotoanodos se enjuagaron con metanol y luego se secaron con N ₂ fluir. Estos procedimientos se repitieron varios ciclos para formar una capa de CdS QD adecuada. Para la posterior deposición de CdSe QD en los CdS QD, el TiO ₂ / Los fotoanodos de CdS se sumergieron en una solución acuosa que constaba de Cd (CH ₃ COO) ₂ , Na ₂ 2,5 mM SeSO ₃ y NH ₄ 75 mM OH. El proceso de deposición se mantuvo a 70 ° C durante 1 h. La carga de los CdSe QD se controló ajustando el número de ciclos de reacción.

Ensamblaje y caracterización de QDSSC

Los distintos TiO ₂ Los QDSSC basados en CdS / CdSe se ensamblaron en una estructura sándwich convencional. El vidrio FTO recubierto de platino y CdS / CdSe QD sensibilizaron al TiO ₂ los fotoanodos se sellaron entre sí, separándolos con un espaciador de polímero termofusible de 25 µm (DuPont Surlyn). El electrolito de polisulfuro, que constaba de 0,2 M Na ₂ Se inyectó S, S 0,2 M y KCl 0,02 M en solución acuosa en el espacio entre los electrodos. El área activa de todos los QDSSC fue de ~ 0,16 cm ² (~ 0,4 cm × 0,4 cm).

Todas las QDSSC de CdS / CdSe se caracterizaron mediante microscopía de barrido de emisión de campo (FE-SEM, JEOL JSM-6500F), microscopía electrónica de transmisión (TEM, JEOL JEM-3000F y Hitachi HT7700) y difracción de rayos X incidente de mirada (GIXRD, PANalytical X 'Pert PRO MPD). Las cargas de QD en los distintos TiO ₂ Los fotoanodos se estimaron mediante un espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS, Agilent 7500ce). Las características de corriente-voltaje y las mediciones de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) de las células fotovoltaicas se realizaron bajo iluminación simulada de un sol (100 mW / cm ² , AM 1,5 G). El fotón incidente convertido en eficiencia de corriente (IPCE) se midió empleando una lámpara XQ de 150 W con un monocromador en modo CC. La absorbancia óptica se realizó con un espectrofotómetro UV-VIS (Jasco V-670) con lámpara halógena de tungsteno.

Resultados y discusión

En este estudio, la anatasa TiO ₂ Se prepararon NS con facetas altamente expuestas a (001) como fotoanodos de QDSSC mediante un método hidrotermal. Sus rendimientos fueron investigados, discutidos y comparados con el fotoanodo nanoporoso comercial Degussa P-25. La estructura cristalina y la composición de TiO ₂ Los SN se caracterizaron mediante difractometría de rayos X. Como se muestra en la Fig. 1a, todos los picos identificados de TiO ₂ Los NS se pueden indexar a un TiO ₂ anatasa puro fase con estructura tetragonal y grupo espacial I4 ₁ / amd (tarjetas JCPDS, n.o 71-1169), sin que se observe fase de rutilo. Los picos de reflexión (004) y (200) representan la c - y a -ejes, respectivamente. El pico nítido mejorado (200) indica TiO ₂ bien cristalizado NS que crecen a lo largo de la a -eje. En la figura 1b se muestra una imagen FE-SEM típica de P-25. Las imágenes FE-SEM y TEM de TiO ₂ Las NS se muestran en la Fig. 1c yd, respectivamente, que representan la forma de la hoja bien definida con una longitud lateral promedio de 50 nm y un grosor de 5 nm. La imagen TEM de alta resolución (inserto de la Fig. 1d) muestra la vista lateral de un solo TiO ₂ Cristal NS. Se puede observar directamente el espaciado de celosía de 0.235 nm, que corresponde a los planos (001) de la anatasa TiO ₂ NSs. El análisis de los resultados anteriores indica ~ 70% de TiO ₂ Las NS están compuestas por las facetas expuestas (001) (consulte el archivo adicional 1). En contraste, para el P-25, el porcentaje de facetas expuestas (001) es menor al 10%, con más del 90% dominado por las facetas (101), (110), etc. El área de superficie específica y la distribución del tamaño de los poros del TiO ₂ Los fotoanodos NS y P-25 se investigaron utilizando isotermas de absorción y desorción de nitrógeno. Como se muestra en la Fig.2, la isoterma de un TiO ₂ El fotoanodo NS se identifica como tipo IV según la clasificación de Brunauer-Deming-Deming-Teller (BDDT) [38]. El bucle de histéresis correspondiente a la presión relativa alta ( P / P _o ) rango de 0,75-1 pertenece al tipo H3, lo que indica la presencia de mesoporos y macroporos en forma de hendidura. Estos tipos de estructuras porosas producen un área superficial relativamente alta y un gran volumen de poros total. Se determinó que el área de superficie específica de BET era ~ 52,8 cm ² g ⁻¹ , basado en la distribución del tamaño de poro de Barrett-Joyner-Halenda (BJH) como se muestra en el recuadro de la Fig. 2. La Tabla 1 resume la información detallada acerca de las estructuras superficiales de TiO ₂ NS y P-25. El tamaño de cristal relativamente más grande, el tamaño de poro más alto y el área de superficie más grande de TiO ₂ Los NS son beneficiosos para la absorción de los QD de CdS / CdSe.

un Patrones XRD de TiO desnudo ₂ NS y P-25. b , c Imágenes SEM de TiO ₂ desnudo NS y P-25, respectivamente. d TEM y HRTEM (insertar) imágenes de TiO ₂ desnudo NS

Isotermas de absorción-desorción de nitrógeno y distribuciones de tamaño de poro (inserto) de TiO desnudo ₂ NS y P-25

Las QD de CdS / CdSe en cascada se han utilizado ampliamente como cosensibilizadores para las QDSSC debido a su amplio rango de absorción y su buena dinámica de transferencia de electrones [39]. En este trabajo, se investigaron primero los efectos de los ciclos de recubrimiento de los procesos SILAR (para CdS QDs) y CBD (para CdSe QDs), y los resultados revelaron los ciclos de recubrimiento óptimos de 8 y 2 para las deposiciones de CdS y CdSe QDs, respectivamente. Después de la deposición de los QD de CdS / CdSe en cascada mediante el proceso de deposición de dos pasos, el color del TiO ₂ La película NS cambió de blanco a marrón oscuro. La Figura 3a muestra una imagen TEM del TiO ₂ sensibilizado con CdS / CdSe QD NS raspados del sustrato de vidrio FTO. Se puede ver que densos nanocristales de CdSe han recubierto la superficie de TiO ₂ NS sin agregación obvia. Además, las franjas de celosía de CdSe QD se pueden distinguir claramente en la imagen TEM de alta resolución en la Fig. 3b, lo que indica la alta cristalinidad de CdSe QD con un tamaño de grano de 4 a 6 nm.

un TEM y ( b ) Imágenes HRTEM de TiO ₂ sensibilizado con CdS / CdSe NS

La Figura 4 muestra los espectros de absorción UV-VIS del TiO ₂ sensibilizado con CdS / CdSe QD Electrodos NS y P-25 preparados en condiciones de deposición similares. Los picos de absorción excitónica que generalmente se observan en las QD coloidales también se detectaron aquí debido al amplio rango de distribución de tamaño de las QD fabricadas por los procesos SILAR y CBD. Las bandas prohibidas correspondientes de los QD de CdS y CdSe todavía pueden identificarse como 2,67 y 1,78 eV, respectivamente, por los bordes de absorción. Aparentemente, estos valores son mayores que los de CdS a granel (2,25 eV) y CdSe (1,7 eV), lo que indica que los tamaños de partículas de los dos nanocristales todavía están dentro de la escala de confinamiento cuántico incluso después de las deposiciones químicas secuenciales. En la región visible, una mayor absorción de TiO ₂ Se observa el electrodo NS en comparación con el electrodo P-25, lo que implica que las cargas de CdS y CdSe QD en el TiO ₂ Los NS son más altos que en el P-25. Además, se utilizó ICP-MS para obtener la carga QD cualitativa en los dos tipos diferentes de TiO ₂ fotoanodos. Al analizar los resultados obtenidos de BET e ICP-MS, la concentración superficial de CdS QD absorbida en el TiO ₂ NS (5,44 × 10 ⁻⁹ mol cm ⁻² ) se encuentra más alto que el de la P-25 (4.59 × 10 ⁻⁹ mol cm ⁻² ). Esto verifica las facetas reactivas (001) de TiO ₂ Los NS pueden permitirse sitios más efectivos para la unión de CdS QD, proporcionando así una mayor absorbancia de CdSe QD en CdS QD. Como resultado, la concentración superficial de CdSe QD en el TiO ₂ El fotoanodo NS también es más alto que el del P-25 (4.57 × 10 ⁻⁹ mol cm ⁻² frente a 3,77 × 10 ⁻⁹ mol cm ⁻² ), que es coherente con los resultados comunicados anteriormente [15]. Las facetas altamente expuestas (001) de TiO ₂ Los NS aparentemente mejoran la concentración superficial de los co-sensibilizadores CdSe / CdS y, por lo tanto, aumentan la captación de luz de los QDSSC resultantes. Las prestaciones fotovoltaicas del TiO ₂ Los QDSSC CdSe / CdS basados en NS y P-25 se examinaron caracterizando sus comportamientos de corriente-voltaje bajo la iluminación de un sol simulado (100 mW cm ⁻² , AM 1,5 G). El TiO ₂ Los fotoanodos NS y P-25 bajo investigación tienen un grosor de ~ 10 μm. El J - V Las características y las eficiencias de conversión de fotón a electrón incidente de las dos QDSSC se ilustran en la Fig. 5, y sus parámetros fotovoltaicos detallados se tabulan en la Tabla 2. Se puede ver que el TiO ₂ QDSSC basado en NS logró un voltaje de circuito abierto mayor ( V _oc ) de 0,58 V, una densidad de corriente de cortocircuito más alta ( J _sc ) de 15,07 mA cm ⁻² y una mejor eficiencia de conversión ( η ) de 4,42% en comparación con el QDSSC basado en P-25 ( V _oc =0,52 V, J _sc =11,75 mA cm ⁻² y η =2,86%). El TiO ₂ QDSSC basado en NS exhibe un V 60 mV más grande _oc que la celda basada en P-25. Esta mejora del voltaje de circuito abierto en el TiO ₂ La QDSSC basada en NS puede atribuirse al desplazamiento negativo del potencial de banda plana para las facetas (001) [30]. Por otro lado, es bien sabido que el J _sc es proporcional a la cantidad de luz absorbida por el óxido metálico. Por lo tanto, el J más grande _sc en el TiO ₂ QDSSC basado en NS es consistente con el resultado de ICP-MS, lo que confirma que las facetas reactivas de la anatasa (001) favorecen la carga de puntos cuánticos por unidad de área. Por lo tanto, la utilización de TiO ₂ altamente reactivo Los NS como fotoanodos pueden mejorar significativamente las fotocorriente del TiO ₂ -dispositivos fotovoltaicos basados en. Además, el tamaño de poro más grande de TiO ₂ NS reduce la dispersión de la luz en el TiO ₂ NSs. Esto permite una mayor distancia que la luz puede viajar dentro del TiO ₂ NS, mejorando así la probabilidad de absorción de electrones. Como se muestra en la Fig. 5b, el borde del espectro IPCE del TiO ₂ QDSSC basado en NS se encuentra a 675 nm, que está ligeramente desplazado al rojo en comparación con el QDSSC basado en P-25. En general, el valor de IPCE está determinado por la eficiencia de recolección de luz, la eficiencia de inyección de carga y la eficiencia de recolección de carga del fotoanodo. El resultado concuerda bien con los espectros de absorción UV-VIS, y las fotocorriente integradas de las curvas IPCE concuerdan bien con el J-V mediciones. En comparación con el QDSSC basado en P-25, el TiO ₂ QDSSC basado en NS tiene valores de IPCE más altos en el rango de medición de 300 a 800 nm, con un valor máximo de IPCE de ~ 75%.

Espectros de absorción UV-VIS de TiO ₂ de ~ 3 μm de espesor NS y P-25 sensibilizados por CdS y CdSe QD. El número entre paréntesis indica los ciclos de recubrimiento de los procesos SILAR (para CdS) y CBD (para CdSe)

( a ) Características J-V y ( b ) Espectros IPCE de TiO2 NS y QDSSC basados en P-25

La superficie altamente reactiva (001) de TiO ₂ Se ha verificado que las NS ofrecen una superficie más eficaz para la absorción QD. Además, TiO ₂ Se espera que las NS reduzcan las trampas de superficie y los centros de recombinación en el TiO ₂ -Interfaz NS / electrolito para transporte de electrones [37]. Con el fin de adquirir una mejor comprensión de la dinámica de la transferencia de carga interfacial y los procesos de transporte de carga en las QDSSC actuales, se llevaron a cabo mediciones de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) [40,41,42]. La Figura 6a muestra los gráficos de Nyquist de ambos QDSSC bajo la iluminación de un sol en la condición de voltaje de circuito abierto, en el que los datos experimentales se representan con símbolos y las curvas de ajuste de línea continua se obtuvieron mediante el software Zview utilizando el circuito equivalente QDSSC como se muestra. en la Fig. 6b. Los parámetros de ajuste del transporte de electrones se enumeran en la Tabla 3, donde τ _ef es la vida útil efectiva del electrón, R _w (= r _w . L ) es la resistencia al transporte de electrones en el TiO ₂ , R _k (= r _k / L ) es la resistencia de transferencia de carga relacionada con la recombinación de electrones en el TiO ₂ / interfaz de electrolito, D _n es el coeficiente de difusión de electrones efectivo, L _n es la longitud de difusión de electrones en TiO ₂ y L (~ 10 μm) es el grosor de los electrodos. D _n se estima de acuerdo con la siguiente ecuación [43]:

$$ {D} _n =\ left (\ frac {R_k} {R _ {\ mathrm {w}}} \ right) \ {L} ^ 2 \ frac {1} {\ tau _ {\ mathrm {eff}}} $$ (1)

A partir de las gráficas de Bode de fase, insertadas en la Fig. 6a, podemos obtener la frecuencia pico característica de la QDSSC, f _pico , y la constante de velocidad de reacción de primer orden para la pérdida de electrones, k _ef ≈ 2 πf _máx . El τ _ef luego se puede estimar de la siguiente manera:

$$ {\ tau} _ {\ mathrm {eff}} \ approx \ frac {1} {k _ {\ mathrm {eff}}} $$ (2)

El TiO ₂ QDSSC basado en NS tiene una frecuencia pico característica más baja en comparación con el QDSSC basado en P-25, lo que indica los electrones en el TiO ₂ Los NS pueden difundirse más. El resultado revela que el empleo de la estructura de nanohojas favorece el transporte de electrones y suprime la recombinación de carga. La R más pequeña ajustada _w y R más grande _k para el TiO ₂ QDSSC basado en NS también confirma el resultado. La R más pequeña _w para el TiO ₂ QDSSC basado en NS indica que la red de conexión de las facetas altamente cristalinas (001) ofrece una ruta de electrones mejor orientada, lo que minimiza el efecto de interfaz de grano y reduce la pérdida de electrones de TiO ₂ NS al sustrato FTO. Asimismo, el resultado del ajuste también muestra que el TiO ₂ QDSSC basado en NS tiene una R más grande _k (28,26 Ω) que el QDSSC basado en P-25 (8,98 Ω). La R más grande _k presenta mayor resistencia para el proceso de recombinación de electrones, debido a la mayor cobertura superficial de QDs en el TiO ₂ NS, lo que resulta en más electrones que sobreviven de la reacción inversa en el TiO ₂ descubierto -Interfaz NS / electrolito. Los informes anteriores que utilizaron la técnica de tratamiento de pasivación con ZnS en las QDSSC basadas en P-25 también mostraron resultados similares [40]. La longitud de difusión de electrones correspondiente L _n de TiO ₂ Se estimó que la NS era de ~ 21 μm, dos veces más larga que la del P-25. Además, la L _n de TiO ₂ Los NS se encuentran mucho más largos que el grosor de los fotoanodos (21 μm frente a 10 μm), lo que implica que la mayoría de los electrones fotogenerados se pueden recolectar sin recombinación. La alta eficiencia de recolección de electrones en el TiO ₂ La película NS se manifestó por el alto valor de IPCE.

Conclusiones

2D anatasa TiO ₂ Los NS con facetas altamente expuestas a (001) se han preparado mediante un proceso hidrotermal fácil y se han utilizado como fotoanodos para las células solares co-sensibilizadas con CdS / CdSe (Fig. 5). El estudio TEM y los espectros de absorción UV-VIS muestran TiO ₂ altamente cristalino NS con más del 70% de (001) facetas. Tanto el TiO ₂ Las QDSSC basadas en NS y P-25 se caracterizan por el rendimiento fotovoltaico, así como por la dinámica del transporte y la recombinación de electrones. El TiO ₂ QDSSC basado en NS puede realizar una eficiencia de conversión de energía general del 4,42%, lo que corresponde a una mejora del 54% en comparación con la celda basada en P-25 (2,86%) en condiciones de fabricación similares. Además, el valor de IPCE de más del 70% se puede lograr en el rango de longitud de onda de 450 a 600 nm para el TiO ₂ QDSSC basado en NS, atribuido por la mayor eficiencia de recolección de luz y recolección de electrones del TiO ₂ Fotoanodo NS. El análisis EIS también confirma las facetas dominantes (001) de TiO ₂ Los NS pueden mejorar drásticamente la eficiencia de conversión de energía del TiO ₂ -sistema QDSSC sensibilizado con CdS / CdSe. Este hallazgo revela la posibilidad de explotar el TiO ₂ orientado (001) NS en la aplicación de QDSSC coloidal ya que los QD se pueden anclar probablemente en el TiO ₂ NS sin la necesidad de enlazadores adicionales (que son barreras de transferencia de electrones entre los QD y TiO ₂ en la mayoría de los casos). Además, la utilización de TiO ₂ Las SN en este trabajo han mostrado los siguientes beneficios:estable, producción en masa, barato, etc., ya que el proceso de fabricación no es complicado y no necesita aditivos costosos.