Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tăng cường hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời nhạy sáng phẩm nhuộm với điện cực quang hóa TiO2 doped samarium
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, các điện cực quang hóa TiO2 doped với ion samarium thông qua phương pháp điều trị thủy nhiệt được sử dụng để chế tạo các pin mặt trời nhạy sáng phẩm nhuộm (DSSCs). Các nồng độ doping khác nhau đã được nghiên cứu về ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất của tế bào. Một số kỹ thuật như XRD, kính hiển vi điện tử quét, HRTEM, XPS, UV-Vis, và phát quang đã được sử dụng để đặc trưng hóa hình thái, cấu trúc và các đặc tính quang học của các điện cực quang hóa đã được chuẩn bị. Hiệu suất quang điện của các tế bào chế tạo được đã được đánh giá thêm bằng cách đo các đường cong mật độ dòng-điện (J–V). Kết quả cho thấy: (1) Hiệu ứng phát quang chuyển đổi xuống từ doping samarium có thể tăng cường khả năng thu ánh sáng. (2) So với mẫu không doping, các tế bào được doped với samarium thể hiện hiệu suất quang điện được cải thiện. Trong số các tế bào với các nồng độ doping khác nhau, tế bào TiO2:0.015 Sm cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng tốt nhất với 6.08% cùng với một điện áp hở mạch (Voc) cao và mật độ dòng ngắn mạch (Jsc) lớn.
Từ khóa
#pin mặt trời nhạy sáng phẩm nhuộm #điện cực quang hóa TiO2 #doping samarium #hiệu suất chuyển đổi năng lượng #phát quangTài liệu tham khảo
B. Li, L. Wang, B. Kang, P. Wang, and Y. Qiu: Review of recent progress in solid-state dye-sensitized solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 90(5), 549–573 (2006).
M. Rokhmat, Sutisna, E. Wibowo, Khairurrijal, and M. Abdullah: Efficiency enhancement of TiO2, (active material) solar cell by inserting copper particles grown with pulse voltage electroplating method. J. Phys. Chem. Solids 100, 92–100 (2017).
B. O’Regan and M. Gratzel: A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature 353(6346), 737–740 (1991).
K. Kakiage, T. Tokutome, S. Iwamoto, T. Kyomen, and M. Hanaya: Fabrication of a dye-sensitized solar cell containing a Mg-doped TiO2 electrode and a Br3−/Br− redox mediator with a high open-circuit photovoltage of 1.21 V. Chem. Commun. 49(2), 179–180 (2013).
X. Zhang, S.T. Wang, and Z.S. Wang: Effect of metal-doping in TiO2 on fill factor of dye-sensitized solar cells. Appl. Phys. Lett. 99(11), 113503 (2011).
N. Yao, J. Huang, K. Fu, X. Deng, M. Ding, M. Shao, and X. Xu: Enhanced light harvesting of dye-sensitized solar cells with up/down conversion materials. Electrochim. Acta 154, 273–277 (2015).
S. Wang, X. Zhou, X. Xiao, Y. Fang, and Y. Lin: An increase in conversion efficiency of dye-sensitized solar cells using bamboo-type TiO2 nanotube arrays. Electrochim. Acta 116(2), 26–30 (2014).
G. Wang, W. Xing, and S. Zhuo: Nitrogen-doped mesoporous carbon as low-cost counter electrode for high-efficiency dye-sensitized solar cells. Electrochim. Acta 92(1), 269–275 (2013).
H.L. Lu, T.F.R. Shen, S.T. Huang, Y.L. Tung, and T.C.K. Yang: The degradation of dye sensitized solar cell in the presence of water isotopes. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95(7), 1624–1629 (2011).
K. Narayanaswamy, T. Swetha, G. Kapil, S.S. Pandey, S. Hayase, and S.P. Singh: Simple metal-free dyes derived from triphenylamine for DSSC: A comparative study of two different anchoring group. Electrochim. Acta 169, 256–263 (2015).
D. El-Sherbiny, H. Cheema, F. El-Essawy, A. Abdel-Megied, and A. El-Shafei: Synthesis and characterization of novel carbazole-based terpyridyl photosensitizers for dye-sensitized solar cells (DSSCs). Dyes Pigm. 115, 81–87 (2015).
X. Wang, Y. Zhang, Q. Xu, J. Xu, B. Wu, M. Gong, J. Chu, and S. Xiong: A low-cost quasi-solid DSSC assembled with PVDF-based gel electrolyte plasticized by PC–EC & electrodeposited Pt counter electrode. J. Photochem. Photobiol., A 311, 112–117 (2015).
C. Cui, Y. Qiu, J. Zhao, B. Lu, H. Hu, Y. Yang, N. Ma, S. Xu, L. Xu, and X. Li: A comparative study on the quantum-dot-sensitized, dye-sensitized and co-sensitized solar cells based on hollow spheres embedded porous TiO2 photoanodes. Electrochim. Acta 173, 551–558 (2015).
Z. Wang, Q. Tang, B. He, X. Chen, H. Chen, and L. Yu: Titanium dioxide/calcium fluoride nanocrystallite for efficient dye-sensitized solar cell. A strategy of enhancing light harvest. J. Power Sources 275, 175–180 (2015).
P. Xu, Q. Tang, B. He, Q. Li, and H. Chen: Transmission booster from SiO2 incorporated TiO2 crystallites: Enhanced conversion efficiency in dye-sensitized solar cells. Electrochim. Acta 134(21), 281–286 (2014).
K.P. Wang and H. Teng: Zinc-doping in TiO2 films to enhance electron transport in dye-sensitized solar cells under low-intensity illumination. Phys. Chem. Chem. Phys. 11(41), 9489–9496 (2009).
T. Peng, K. Fan, D. Zhao, and J. Chen: Enhanced energy conversion efficiency of Mg2+-modified mesoporous TiO2 nanoparticles electrodes for dye-sensitized solar cells. J. Phys. Chem. C 114(50), 22346–22351 (2010).
Q. Hou, Y. Zheng, J.F. Chen, W. Zhou, J. Deng, and X. Tao: Visible-light-response iodine-doped titanium dioxide nanocrystals for dye-sensitized solar cells. J. Mater. Chem. 21(11), 3877–3883 (2011).
T. Ma, M. Akiyama, E. Abe, and I. Imai: High-efficiency dye-sensitized solar cell based on a nitrogen-doped nanostructured titania electrode. Nano Lett. 5(12), 2543–2547 (2005).
Q. Sun, J. Zhang, P. Wang, J. Zheng, X. Zhang, Y. Cui, J. Feng, and Y. Zhu: Sulfur-doped TiO2 nanocrystalline photoanodes for dye-sensitized solar cells. J. Renewable Sustainable Energy 4(2), 133–137 (2012).
S. Shogh, R. Mohammadpour, A.I. Zad, and N. Taghavinia: Improved photovoltaic performance of nanostructured solar cells by neodymium-doped TiO2 photoelectrode. Mater. Lett. 159, 273–275 (2015).
J. Wu, G. Xie, J. Lin, Z. Lan, M. Huang, and Y. Huang: Enhancing photoelectrical performance of dye-sensitized solar cell by doping with europium-doped yttria rare-earth oxide. J. Power Sources 195(19), 6937–6940 (2010).
J. Wu, J. Wang, J. Lin, Z. Lan, Q. Tang, M. Huang, Y. Huang, L. Fan, Q. Li, and Z. Tang: Enhancement of the photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells by doping Y0.78Yb0.20Er0.02F3 in the photoanode. Adv. Energy Mater. 2(1), 78–81 (2012).
Q. Li, J. Lin, J. Wu, L. Zhang, W. Yue, F. Peng, and M. Huang: Enhancing photovoltaic performance of dye-sensitized solar cell by rare-earth doped oxide of Lu2O3:(Tm3+, Yb3+). Electrochim. Acta 56(14), 4980–4984 (2011).
P. Mou, U. Pal, J.M.G.Y. Jiménez, and F. Pérez-Rodríguez: Effects of crystallization and dopant concentration on the emission behavior of TiO2:Eu nanophosphors. Nanoscale Res. Lett. 7(1), 1–12 (2012).
S. Bingham and W.A. Daoud: Recent advances in making nano-sized TiO2 visible-light active through rare-earth metal doping. J. Mater. Chem. 21(7), 2041–2050 (2011).
M. Grätzel: Solar energy conversion by dye-sensitized photovoltaic cells. Inorg. Chem. 44(20), 6841–6851 (2005).
A.K. Abdul Gafoor, J. Thomas, M.M. Musthafa, and P.P. Pradyumnan: Effects of Sm3+ doping on dielectric properties of anatase TiO2 nanoparticles synthesized by a low-temperature hydrothermal method. J. Electron. Mater. 40(10), 2152–2158 (2011).
C. Gao, H. Song, L. Hu, G. Pan, R. Qin, F. Wang, Q. Dai, L. Fan, L. Liu, and H. Liu: Luminescence enhancement in bromine and samarium co-doped TiO2 semiconductor nanocrystalline powders. J. Lumin. 128(4), 559–564 (2008).
H. Hafez, M. Saif, and M.S.A. Abdel-Mottaleb: Down-converting lanthanide doped TiO2 photoelectrodes for efficiency enhancement of dye-sensitized solar cells. J. Power Sources 196(13), 5792–5796 (2011).
S.H. Hsu, C.T. Li, H.T. Chien, R.R. Salunkhe, N. Suzuki, Y. Yamauchi, K.C. Ho, and K.C. Wu: Platinum-free counter electrode comprised of metal-organic-framework (MOF)-derived cobalt sulfide nanoparticles for efficient dye-sensitized solar cells (DSSCs). Sci. Rep. 4, 6983 (2014).
J. Zhang, W. Peng, Z. Chen, H. Chen, and L. Han: Effect of cerium doping in the TiO2 photoanode on the electron transport of dye-sensitized solar cells. J. Phys. Chem. C 116(36), 19182–19190 (2012).
C. Sleigh, A.P. Pijpers, A. Jaspers, B. Coussens, and R.J. Meier: On the determination of atomic charge via ESCA including application to organometallics. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 77(1), 41–57 (1996).
Y. Uwamino, T. Ishizuka, and H. Yamatera: X-ray photoelectron spectroscopy of rare-earth compounds. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 34(1), 67–78 (1984).
Y. Cao, Z. Zhao, J. Yi, C. Ma, D. Zhou, R. Wang, C. Li, and J. Qiu: Luminescence properties of Sm3+-doped TiO2 nanoparticles: Synthesis, characterization, and mechanism. J. Alloys Compd. 554(2), 12–20 (2013).
M. Zalas, M. Walkowiak, and G. Schroeder: Increase in efficiency of dye-sensitized solar cells by porous TiO2 layer modification with gadolinium-containing thin layer. J. Rare Earths 29(8), 783–786 (2011).
S.M. Chang, C.L. Lin, Y.J. Chen, H.C. Wang, W.C. Chang, and L.Y. Lin: Improved photovoltaic performances of dye-sensitized solar cells with ZnO films co-sensitized by metal-free organic sensitizer and N719 dye. Org. Electron. 25, 254–260 (2015).
Y.C. Li, Y.H. Chang, Y.F. Lin, Y.S. Chang, and Y.J. Lin: Synthesis and luminescent properties of Ln3+ (Eu3+, Sm3+, Dy3+)-doped lanthanum aluminum germanate LaAlGe2O7 phosphors. J. Alloys Compd. 439, 367–375 (2007).
R. Liu, L.S. Qiang, W.D. Yang, and H.Y. Liu: Enhanced conversion efficiency of dye-sensitized solar cells using Sm2O3-modified TiO2 nanotubes. J. Power Sources 223, 254–258 (2013).
B.X. Lei, P. Zhang, H.K. Qiao, X.F. Zheng, Y.S. Hu, G.L. Huang, W. Sun, Z.F. Sun, and X.X. Zhang: A facile template-free route for synthesis of anatase TiO2 hollow spheres for dye-sensitized solar cells. Electrochim. Acta 143, 129–134 (2014).
Z.Q. Li, Y.P. Que, L.E. Mo, W.C. Chen, Y. Ding, Y.M. Ma, L. Jiang, L.H. Hu, and S.Y. Dai: One-pot synthesis of mesoporous TiO2 microspheres and its application for high-efficiency dye-sensitized solar cells. ACS Appl. Mater. Interfaces 7(20), 10928–10934 (2015).
L. Lu, R. Li, T. Peng, K. Fan, and K. Dai: Effects of rare earth ion modifications on the photoelectrochemical properties of ZnO-based dye-sensitized solar cells. Renewable Energy 36(12), 3386–3393 (2011).