Síntesis del contraelectrodo compuesto MoIn2S4 @ CNTs para células solares sensibilizadas con colorante

Resumen

Un MoIn ₂ ternario y compuesto S ₄ El contraelectrodo (CE) de @CNTs con estructura de bola de erizo se sintetizó mediante el uso de un método hidrotermal de un solo paso. El MoIn ₂ compuesto S ₄ La película @CNTs posee una gran superficie específica a través de N ₂ prueba de isotermas de adsorción-desorción, que es ventajoso para adsorber más electrolito y proporcionar un área de contacto activo más grande para el electrodo. Además, el compuesto MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE presenta una baja resistencia a la transferencia de carga y una fina capacidad electrocatalítica realizada a partir de una serie de pruebas electroquímicas que incluyen voltamperometría cíclica, impedancia electroquímica y curvas de Tafel. En condiciones óptimas, el DSSC basado en el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 composite CE logra una impresionante eficiencia de conversión de energía de hasta 8.38%, que supera notablemente la de los DSSC con MoIn ₂ S ₄ CE (7,44%) y el electrodo de Pt (8,01%). El trabajo actual proporciona un proceso de preparación simplificado para los DSSC.

Antecedentes

En las últimas décadas, es urgente explotar y utilizar energías renovables en sustitución de los combustibles fósiles convencionales con la severa escasez de energía y la degradación ambiental en aumento [1, 2]. La célula solar sensibilizada por colorante (DSSC) ha atraído una amplia investigación en virtud de su respeto al medio ambiente, su fácil proceso de preparación, su brillante rendimiento fotovoltaico, etc. [3, 4]. El contraelectrodo (CE), como uno de los componentes importantes de un DSSC, desempeña el papel de recolectar electrones del circuito externo y catalizar la reacción de reducción de I ₃ ^- a I ^- en el electrolito líquido [5, 6]. Generalmente, los materiales CE ideales contienen las ventajas de una alta conductividad eléctrica y una notable actividad catalítica. Sin embargo, el platino (Pt) como material de CE prevalente y eficiente se limita a la aplicación comercializada a gran escala debido a las principales debilidades de escasez, costo y escasa estabilidad a largo plazo [7, 8]. Por lo tanto, se han realizado muchos esfuerzos para desarrollar una actividad catalítica de fácil acceso, rentable y similar al Pt aplicada en DSSC durante años [9].

Hasta ahora, se han propuesto varios tipos de materiales alternativos destacados, como materiales carbonosos [10, 11], calcogenuros de metales de transición [12], polímeros conductores [13], aleaciones metálicas [14] y sus compuestos [15, 16]. ]. Entre ellos, los calcogenuros de metales de transición binarios atrajeron una gran atención debido a su estructura única y propiedades químicas. Por ejemplo, el MoS ₂ sintetizado sobre el sustrato FTO exhibe una estructura de capas sándwich, un área de superficie más grande y sitios de borde más activos que conducen a un rendimiento extremadamente fotoeléctrico como un CE para DSSC [17]. Mientras tanto, un extenso trabajo de investigación se centró en la actividad catalítica de I ₃ ^- También se ha realizado una reducción para WS ₂ [18], FeS ₂ [19], CoS [20] y NiS ₂ [21], que eran comparables o incluso mejores que los del electrodo de Pt. Sin embargo, la característica inherente de estos materiales, como la baja conductividad eléctrica y las composiciones químicas de dos componentes, obstaculizó la mejora adicional de su actividad catalítica [22]. Por lo tanto, se adoptaron numerosos métodos destinados a superar la deficiencia mencionada anteriormente para sintetizar calcogenuros de metales de transición multinarios mediante el ajuste de los elementos componentes, el diseño de la estructura y la adaptación de la morfología. Afortunadamente, considerables calcogenuros de metales de transición multinarios han logrado mejoras significativas en la capacidad catalítica de las DSSC, como NiCo ₂ S ₄ [23], MIn ₂ S ₄ (M =Fe, Co, Ni) [22], CuInS ₂ [24], CoCuWS _x [25] y Ag ₈ GeS ₆ [26], cuya capacidad catalítica es obviamente mucho mejor que la de sus homólogos binarios.

Además, se reconoce ampliamente que los nanotubos de carbono (NTC) presentan características considerablemente novedosas de gran superficie específica, excelente conductividad eléctrica, alta resistencia mecánica y estabilidad fotoquímica, que se utilizan ampliamente en la síntesis y modificación de otros materiales [27]. Lamentablemente, los CNT muestran una escasa actividad electrocatalítica para I ₃ ^- reducción, lo que limita en gran medida su aplicación de forma independiente en un dispositivo DSSC. Afortunadamente, un gran número de estudios han demostrado que el CE compuesto modificado con CNT obtuvo un rendimiento fotoeléctrico muy mejorado para DSSC [18, 28, 29]. Liu y col. han informado de una estructura jerárquica similar a una flor de Cu ₂ MnSnS ₄ / CNT (CMTS / CNT) CE a través del método solvotermal en DSSC obtuvo una eficiencia de conversión fotoeléctrica del 8,97%, mucho más alta que la de las DSSC con CMTS (6,21%) y Pt (8,37%) CE [29].

Con base en las consideraciones anteriores, en este estudio, un MoIn ₂ S ₄ El compuesto CE de @CNT de DSSC con estructura de bola de erizo se sintetizó mediante el uso de un método hidrotermal de un solo paso y se esperaba que mejorara un mayor rendimiento del dispositivo. Los resultados del microscopio electrónico de barrido muestran que diferentes contenidos de CNT dan como resultado cambios visibles en la morfología. De acuerdo con una serie de caracterizaciones electroquímicas que incluyen voltamperometría cíclica (CV), espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) y pruebas de curvas de Tafel, el MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE indica una notable actividad catalítica y una fina resistencia a la transferencia de carga. El DSSC ensamblado con el MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE con contenido adecuado logra una eficiencia de conversión de energía superior del 8.38%, que es mejor que la del DSSC basado en el Pt CE (8.01%).

Métodos

Materiales

Molibdato de sodio dihidrato (Na ₂ MoO ₄ · 2H ₂ O), cloruro de indio tetrahidratado (InCl ₃ · 4H ₂ O) y tioacetamida (TAA) se adquirieron de Shanghai Chemical Agent Ltd., China, que se usaron directamente sin purificación adicional. Los nanotubos de carbono (CNT) se obtuvieron de Aladdin Chemical Agent Ltd., China. El tinte comercial Z907 se obtuvo de Solaronix Ltd. (Suiza). El SnO ₂ dopado con flúor (FTO), comprado en NSG, Japón (15 Ω sq ⁻¹ ), se limpiaron con detergente y acetona, así como con alcohol etílico en secuencia, después de cortarlos en cuadrados de 1,5 cm × 2,0 cm.

Preparación de TiO poroso ₂ fotoanodos

El coloide de TiO ₂ fue preparado como nuestro trabajo anterior [30]. El TiO ₂ sensibilizado con colorante Los fotoanodos se fabricaron de la siguiente manera:en primer lugar, cinta 3-M (50 μm de grosor) con un área expuesta de 0,283 cm ² se adjuntó en FTO. Posteriormente, el TiO ₂ preparado se recubrió coloide usando un método de recubrimiento con cuchilla. En segundo lugar, el secado de TiO ₂ El electrodo se sinterizó a 450 ° C durante 30 min en un horno de mufla. Posteriormente, el TiO ₂ electrodo se sumergió en un tetracloruro de titanio 40 mM (TiCl ₄ ) solución acuosa a 70 ° C durante 30 min, y luego recocido en aire a 450 ° C durante 30 min. Después de enfriarse a temperatura ambiente, el TiO ₂ El electrodo se sumergió en una solución de etanol absoluto de colorante Z907 (0,3 mM) durante 24 h para adsorber suficiente colorante y se obtuvo el TiO ₂ sensibilizado con colorante resultante fotoanodo.

Fabricación de ternario MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE

El MoIn ₂ S ₄ Se cultivaron películas delgadas directamente sobre sustratos FTO mediante un enfoque simple que hace referencia a nuestro informe anterior [31]. En una preparación típica, 0,0696 g de Na ₂ MoO ₄ · 2H ₂ O, 0,169 g de InCl ₃ · 4H ₂ Se difundieron O, y 0,1394 g de TAA en 30 ml de agua desionizada bajo ultrasonidos durante 2 h hasta que se disolvieron todos los reactivos. Los sustratos de FTO previamente limpiados se colocaron en un autoclave de acero inoxidable revestido con teflón de 100 ml con el lado conductor hacia arriba antes de transferir la mezcla de precursor anterior. Después de sellar, el autoclave se colocó en un horno y se calentó a 200 ° C durante un tiempo de reacción de 15 h. Los sustratos de vidrio FTO cubiertos con MoIn ₂ S ₄ Los materiales se sacaron del autoclave, se lavaron con etanol, agua desionizada y luego se secaron al aire a 60 ° C durante 12 h.

Para estudiar el impacto del contenido de CNT en el CE compuesto fabricado y el rendimiento del DSSC, se realizaron diferentes contenidos de CNT añadidos al precursor, incluidas tres muestras en las que la cantidad de CNT fue de 10, 20 y 30 mg. , respectivamente, manteniendo inalterados los demás reactivos y procesos de fabricación. Las muestras anteriores se marcaron como MoIn ₂ S ₄ (0 mg), MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1 (10 mg), MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 (20 mg) y MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 (30 mg).

A modo de comparación, se empleó un CE de Pt pirólisis como CE de referencia. El H ₂ PtCl ₆ en solución de isopropanol (0,50% en peso) se dejó caer sobre la superficie del vidrio FTO y luego se sinterizó a 450 ° C en un horno de mufla durante 30 minutos para fabricar el Pt CE.

Fabricación de las DSSC

Los DSSC con estructura sándwich se construyeron recortando los CE de muestra (incluido MoIn ₂ S ₄ , varios MoIn ₂ S ₄ @CNTs y Pt CEs) junto con TiO ₂ sensibilizado con colorante tal como se preparó fotoanodo. Surlyn se utilizó como espaciador entre los electrodos y luego se llenó el espacio intermedio con electrolito redox líquido que consistía en yoduro de tetrabutilamonio 0,60 M, yoduro de litio 0,10 M, yodo 0,05 M y solución de acetonitrilo de 4-terc-butil-piridina 0,50 M.

Caracterizaciones

La composición de elementos químicos de las muestras se caracterizó mediante el análisis de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) (Kratos Axis Ultra). Las características morfológicas de las muestras se observaron mediante microscopía electrónica de barrido por emisión de campo (FESEM, JSM-7001F). Se empleó el método de área de superficie específica de BET usando un analizador JW-K por absorción de nitrógeno para probar el área de superficie y la distribución del tamaño de los poros. Las otras propiedades electroquímicas relevantes fueron investigadas por una estación de trabajo electroquímica CHI660E. La espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) se realizó en un rango de frecuencia de 0,1 a 10 ⁵ Hz con una amplitud perturbada de 5 mV. Los rendimientos fotovoltaicos de los DSSC se llevaron a cabo midiendo la densidad de corriente-voltaje ( J - V ) curvas características bajo irradiación de 100 mW cm ⁻² desde el simulador solar (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd).

Resultados y discusiones

Composición y morfología

El XPS se emplea para examinar las composiciones de la superficie y los estados químicos de cada elemento en MoIn ₂ S ₄ y MoIn ₂ S ₄ Películas de @CNTs. El espectro de datos de encuestas en MoIn ₂ S ₄ y MoIn ₂ S ₄ Las muestras de @ CNTs-2 se muestran en la Fig. 1a para verificar la presencia de elementos Mo, In, S y C (como referencia). Además, todos los espectros de las cuatro muestras, calibrados por el pico C 1s a la energía de enlace de 284,6 eV [17], se analizan mediante el método de ajuste gaussiano que se muestra en la Fig. 1b y c. El pico C 1s apareció en MoIn ₂ S ₄ Es bien sabido que la muestra se originó a partir del carbono adventicio causado por la exposición al aire. En la región de Mo 3d, se asignan dos picos principales a 228,8 y 232,1 eV a Mo 3d5 / 2 y Mo 3d3 / 2 de MoS ₂ [32], respectivamente. Este resultado confirma que el elemento Mo se encuentra en su estado de oxidación IV, que se reduce a Mo ⁴⁺ (MoIn ₂ S ₄ ) de Mo ⁶⁺ (Na ₂ MoO ₄ ) [33]. Los picos de doblete a energías de enlace de 445,2 y 452,2 eV corresponden a In 3d5 / 2 e In 3d3 / 2 [24, 34]. En cuanto a los espectros XPS de S 2p, los picos ubicados en 161,8 y 163,1 eV pertenecen a S 2p3 / 2 y 2p1 / 2, respectivamente, que se adscribe al S ₂ ^- [17, 32]. Los resultados anteriores están muy de acuerdo con nuestros estudios anteriores [31]. Además, no se encuentra ningún otro elemento o pico adicional en la encuesta, lo que reconfirma que las muestras sintetizadas tienen la composición química y la estructura similares.

Espectros XPS de las muestras

Las morfologías de la superficie de MoIn ₂ preparado S ₄ y MoIn ₂ S ₄ Las nanofilms de @CNT se observan mediante imágenes SEM en la Fig. 2. En la Fig. 2a, MoIn ₂ S ₄ muestra muestra una estructura de nanohoja similar a un pétalo con una superficie uniforme, lisa y densa. A diferencia de MoIn ₂ S ₄ nanofilms, la estructura de la bola de erizo se encuentra en MoIn ₂ S ₄ @CNT muestras en la Fig. 2b – d, y el diámetro promedio del MoIn ₂ S ₄ @CNTs nanoesferas es de alrededor de 890 nm. Es fácil observar que tantas nanohojas de red crecen completamente en el sustrato FTO. Comparado con el MoIn ₂ S ₄ @CNT muestras con bajo (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1) y alto (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3) Contenidos CNT, la muestra con contenido moderado (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2) exhibe más bolas de erizo y una matriz de nanohojas en la red del MoIn ₂ S ₄ . Un buen rendimiento de contacto entre la estructura de matriz de nanosheet de red con un gran número de bolas de erizo en el sustrato FTO facilita la reducción de I ₃ ^- atribuido a su buena conductividad y vastos sitios catalíticos activos, que se puede predecir que el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE logrará un mejor rendimiento que el de MoIn ₂ S ₄ , MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1 y MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 CE. Además, morfologías diferentes entre MoIn ₂ S ₄ y MoIn ₂ S ₄ Los @CNT indican que los CNT desempeñan un papel fundamental en el control de la morfología de las muestras.

Imágenes SEM de a MoIn ₂ S ₄ , b MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1, c MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 y d MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3

La Figura 3 muestra los patrones XRD de varias muestras. Entre ellos, los picos de difracción a 25,74 y 42,85 ° se atribuyen a las señales de los CNT [31]. Los picos de difracción en 2θ =27,5, 33,4, 43,7, 47,9, 56,2 y 59,6 ° pertenecen al plano cristalográfico (311), (400), (511), (440), (533) y (444) (JCPDS). tarjeta núm. 32-0456) de In ₂ S ₃ . Los picos a 14,4 y 66,5 ° se consideran (002) y (114) planos cristalinos de estructura cúbica (tarjeta JCPDS n. ° 37-1492) para el MoS ₂ [33]. Desde el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 y MoIn ₂ S ₄ muestras, los picos de los mencionados anteriormente aparecen bien en ambas muestras. Comparado con el MoIn ₂ S ₄ muestra, el pico de los CNT a 25,74 ° se puede ver claramente en MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 Patrones XRD. Por tanto, se puede inferir que el MoIn ₂ S ₄ Los materiales de @ CNTs-2 se sintetizan con éxito y no hay introducción de impurezas.

Patrones XRD de varias muestras

N ₂ Las isotermas de adsorción-desorción se miden y se muestran en la Fig. 4 para explorar las áreas de superficie específicas y las características de los poros. Generalmente, el área de superficie específica más grande facilita una transmisión de carga más conveniente en la interfaz CE / electrolito [35]. Demuestra a partir de la Fig.4 que las muestras poseen un bucle de histéresis evidente de comportamiento de adsorción-desorción de tipo IV, y sus datos correspondientes calculados a partir del método de Brunauer-Emmett-Teller (BET) y Barrett-Joyner-Halenda (BJH) se tabulan en Tabla 1. En comparación, es fácil encontrar que el área de superficie específica y el diámetro de poro promedio del MoIn ₂ S ₄ Las muestras de @CNT son mucho mejores que las de MoIn ₂ S ₄ . Entre los tres MoIn ₂ S ₄ @CNT samples, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 muestra la mayor superficie específica de 66,80 m ² g ⁻¹ y el diámetro de poro medio más pequeño de 17,8 nm, que puede atribuirse a la excelente estructura de bola de erizo después del dopaje de CNT moderados. Es razonable creer que el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE obtendrá la actividad catalítica fina y, por lo tanto, logrará un rendimiento de dispositivo altamente eficiente.

N ₂ isotermas de absorción-desorción de varias muestras

Propiedades electroquímicas

Las mediciones de CV se llevan a cabo para estudiar el comportamiento electrocatalítico de las muestras obtenidas en el rango de potencial de - 0,6 a 1,0 V a una velocidad de exploración de 60 mV s ⁻¹ para el MoIn ₂ S ₄ y MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE, y los valores calculados se resumen en la Tabla 1. Los picos izquierdos de los dos pares de picos de oxidación y reducción en cada curva CV en la Fig. 5a se atribuyen a la ecuación (I ₃ ^- + 2e ^- ↔ 3I ^- ), que determina el rendimiento de la actividad electrocatalítica de los materiales CE, especialmente en DSSC [23, 36]. Los valores de la densidad de corriente máxima de reducción negativa ( J _pc ), un parámetro clave en la prueba de CV, sigue las órdenes de Pt (3.80 mA cm ⁻² ) 2 S ₄ (4,31 mA cm ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-1 (4,68 mA cm ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-3 (5,09 mA cm ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-2 (7,47 mA cm ⁻² ). Evidentemente, el MoIn ₂ S ₄ CE en sí tiene una buena actividad catalítica, y el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE exhibe un J mucho más alto _pc que el del Pt, MoIn ₂ S ₄ CE y los otros dos tipos de MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE atribuye a su morfología superficial distintiva, el efecto sinérgico de los CNT dopados y la superficie más grande. Los resultados indican que el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE tiene una fina actividad electrocatalítica para I ^- / I ₃ ^- par redox en DSSC CE. La Figura 5b muestra las curvas CV del MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE a una velocidad de exploración de 60 mV s ⁻¹ y casi no cambian con 50 ciclos, lo que indica que el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE posee una excelente estabilidad electroquímica.

un CV de los distintos CE a una velocidad de exploración de 60 mV s ⁻¹ . b 50 ciclos CV del MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE

Las figuras 6a-c muestran los CV de MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE a diferentes velocidades de escaneo. Con las velocidades de escaneo aumentando de 20 a 120 mV s ⁻¹ , los picos de oxidación y reducción se desplazan hacia la dirección positiva y negativa debido a las rápidas difusiones de I ^- / I ₃ ^- par redox en las superficies de los CE y la gran polarización electroquímica [28]. Además, la figura 6d muestra la relación entre las densidades de corriente de los picos anódico y catódico de los pares de picos izquierdos frente a la raíz cuadrada de las velocidades de barrido. Las relaciones lineales bien ajustadas indican que la reacción redox de I ^- / I ₃ ^- está dominado por el transporte de iones controlado por difusión [22, 25].

CV del MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE a diferentes velocidades de escaneo a MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1, b MoIn ₂ S _{4 @} CNTs-2, c MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 y d las influencias de la velocidad de exploración en la densidad de corriente de los picos redox

La Figura 7a muestra los gráficos de Nyquist de las diferentes muestras para comprender mejor la cinética del proceso de transferencia de carga interfacial. Los datos EIS hechos a partir de las curvas ajustadas con un modelo de circuito equivalente del inserto se enumeran en la Tabla 2. Por lo general, los gráficos de Nyquist contienen dos semicírculos, el primer semicírculo de la izquierda representa la resistencia de transferencia de carga R _ct en la interfaz CE y electrolito, y el segundo semicírculo corresponde a la impedancia de difusión de Nernst en el electrolito, mientras que la intersección de la curva en la región de alta frecuencia en el eje real se conoce como resistencia en serie R _s . En general, R _s y R _ct son dos parámetros vitales para evaluar la actividad catalítica de CE en DSSC. Una pequeña R _s indica un buen contacto entre el catalizador y el sustrato y, por tanto, la resistencia de todo el dispositivo también es pequeña [29, 37, 38]. Mientras tanto, la pequeña R _ct representa una alta tasa de transferencia de carga. Como se presenta en la Tabla 2, la R _s valores de MoIn ₂ S ₄ , MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 y MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 Los CE son 24,77, 23,16, 18,96 y 19,58 Ω cm ² , respectivamente. Obviamente, todo el MoIn ₂ compuesto S ₄ @CNTs Los CE tienen la R más pequeña _s que el del MoIn ₂ S ₄ CE, que indica que la conductividad del MoIn ₂ S ₄ Los CE de @CNTs se mejoran después del dopaje de los CNT. Además, entre los cuatro EC, las tendencias de R _ct es MoIn ₂ S ₄> MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1> MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3> MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2, que sugiere un orden inverso de impedancia electroquímica y capacidad catalítica de los CE. MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE posee la R más baja _ct El valor se puede atribuir a la sinergia de los CNT con la conductividad fina y MoIn ₂ S ₄ con excelente capacidad catalítica, lo que resulta en una reducción más eficaz de triyoduro en la interfaz CE / electrolito. Aparentemente, la conductividad y capacidad catalítica del MoIn ₂ S ₄ Los CE compuestos de @CNT se han mejorado mucho que los de MoIn ₂ S ₄ CE, y el resultado es completamente consistente con las pruebas BET y CV.

un EIS y b Curvas Tafel del simétrico MoIn ₂ S ₄ , MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 y MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 CE

Las curvas de polarización de Tafel de los distintos CE se miden como se muestra en la Fig. 7b, y los valores de los parámetros correspondientes se resumen en la Tabla 2. Normalmente, una curva de Tafel estándar incluye dos parámetros significativos denominados densidad de corriente de intercambio ( J ₀ ) y limitar la densidad de corriente de difusión ( J _lim ). J ₀ está relacionado con la reacción de reducción catalítica. Cuanto mayor sea la J ₀ es decir, mejor será el efecto catalítico. J _lim también se relaciona positivamente con la eficiencia de difusión del electrolito. El J más grande _lim indica la difusión más rápida de I ₃ ^- iones [29, 37]. Como se presenta en la Fig. 7b y la Tabla 2, el J _lim y J ₀ están todos en órdenes de Pt 2 S ₄ 2 S ₄ @ CNTs-1 2 S ₄ @ CNTs-3 2 S ₄ @ CNTs-2, lo que sugiere que la actividad catalítica del MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE ha mejorado mucho después del dopaje de CNT. Entre los CE anteriores, el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE obtiene la mejor actividad catalítica en comparación con los demás. El J más grande _lim y J ₀ del MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE se puede atribuir a su gran área de superficie específica hecha de estructura de bola de erizo y conductividad mejorada por el dopaje de CNT.

Rendimiento fotovoltaico de las DSSC

Por el contrario, los DSSC con MoIn ₂ S ₄ , MoIn ₂ S ₄ Los @CNT y los Pt CE se preparan con el electrolito y los fotoanodos uniformes. El J - V Las curvas características se miden bajo 1 sol (AM 1,5 G, 100 mW cm ⁻² ) y los valores de los parámetros fotovoltaicos correspondientes se enumeran en la Tabla 3. Cuatro parámetros clave, incluida la densidad de corriente de cortocircuito ( J _sc ), voltaje de circuito abierto ( V _oc ), factor de relleno ( FF ) y la eficiencia de conversión de energía ( η ) se adoptan habitualmente para evaluar el rendimiento fotovoltaico de las DSSC. El FF y η de las DSSC se calculan de acuerdo con las Eq. (1) y (2):

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

donde P _en es la potencia de la luz incidente 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 J – V curvas, respectivamente.

Como puede verse en la Fig.8, los DSSC con MoIn ₂ S ₄ y los CE de CNT tienen una eficiencia de conversión de energía de 7,44% y 3,62%. En comparación con las DSSC con MoIn ₂ S ₄ y CNTs CE, los DSSC ensamblados con los tres MoIn ₂ S ₄ @CNTs Los CE exhiben una mejora J _sc y η valores. Además, el J _sc y η valores de los DSSC basados en el MoIn ₂ S ₄ @CNTs Los CE aumentan con el contenido de CNT aumentando de 10 a 20 mg. Si bien aumenta aún más el contenido de CNT a 30 mg, da como resultado un ligero descenso para el J _sc y η . En comparación con el DSSC basado en Pt, los tres MoIn ₂ S ₄ Los DSSC basados en @ CNT exhiben η mejorados de 8,16%, 8,31% y 8,38%, que son más altos que los de la DSSC basada en Pt ( η de 8.01%) en las mismas condiciones. Especialmente, el DSSC ensamblado con el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE muestra el mejor rendimiento fotovoltaico y logra un η del 8,38%, y su correspondiente J _sc de 17,17 mA cm ⁻² , V _oc de 0,745 V y FF de 0,655. La propiedad fotoeléctrica mejorada del DSSC con el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE se debió al efecto sinérgico de los CNT y el MoIn ₂ S ₄ .

J - V características de los DSSC fabricados con diferentes CE

Conclusiones

Ternario MoIn ₂ S ₄ y MoIn ₂ S ₄ Los contraelectrodos de @CNT se fabrican en sustrato FTO mediante el uso de un método hidrotermal de un solo paso y se sirven en DSSC. En condiciones óptimas, los DSSC basados en MoIn ₂ S ₄ Todos los CE de @CNT logran una buena eficiencia de conversión de energía. Especialmente, el DSSC con MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 composite CE exhibe una buena eficiencia de conversión de energía del 8.38%, que es mucho más alta que la de los DSSC con MoIn ₂ S ₄ CE (7,44%) y el electrodo de Pt (8,01%). La propiedad fotoeléctrica mejorada del DSSC con el MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE se debió al efecto sinérgico de los CNT y el MoIn ₂ S ₄ . Mientras tanto, el efecto sinérgico del MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE en rendimiento electroquímico se ha confirmado a partir de una serie de pruebas electroquímicas que incluyen voltamperometría cíclica, impedancia electroquímica y curvas de Tafel. El MoIn ₂ compuesto S ₄ La película @CNTs posee una gran superficie específica a través de N ₂ prueba de isotermas de adsorción-desorción, que es ventajoso para adsorber más electrolito y proporcionar un área de contacto activo más grande para el electrodo. Los hechos del MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE servido en DSSC amplía las aplicaciones potenciales de los semiconductores complejos de metales de transición en el campo de la química optoelectrónica.