Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sửa đổi bề mặt điện cực bạch kim bằng amino quinonoid zwitterion để cải thiện hiệu suất của pin mặt trời nhạy sáng thuốc nhuộm
Journal of the Australian Ceramic Society - Trang 1-12 - 2024
Tóm tắt
Khám phá các phương pháp để sửa đổi bề mặt điện cực là yếu tố then chốt trong việc bảo vệ điện cực và cải thiện hiệu suất của pin mặt trời nhạy sáng thuốc nhuộm (DSC). Nghiên cứu này đã điều tra tác động của việc sửa đổi bề mặt bằng amino quinonoid 4-methylamino-6-methylamino-3-oxocyclohexa-1,4-dien-1-olate (AQZ) trên điện cực đối kháng Pt, điện cực DSC hiệu quả nhất và được sử dụng rộng rãi, đến hiệu suất quang điện của DSC. Bề mặt Pt trên các nền kính dẫn điện đã được xử lý bằng dung dịch AQZ với các nồng độ khác nhau (0.2–2.0 mg.mL−1) và khoảng thời gian (0.5–60 phút), và được đặc trưng bởi phổ điện tia X và kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường để kiểm tra môi trường hóa học và hình dạng, tương ứng. Các phản ứng I−/I3− với các điện cực trần và điện cực được xử lý AQZ đã được so sánh bằng cách sử dụng voltammetry chu kỳ, phổ điện hóa cảm ứng, và đo lường Tafel phân cực. Phân tích dòng điện–điện áp cho thấy rằng điện cực Pt được xử lý với 2 mg.mL−1 AQZ trong vòng chưa đầy 5 phút hoặc trong dung dịch AQZ pha loãng (0.2 mg.mL−1) trong 60 phút có thể cải thiện hiệu suất quang điện của DSC lên tới 22%, chủ yếu nhờ vào việc gia tăng dòng ngắn mạch (khoảng 3–4 mA.cm−2). Những kết quả hứa hẹn của việc sửa đổi bề mặt điện cực bằng AQZ được phát triển trong báo cáo này cho phép phát triển trong tương lai những phương pháp đơn giản để cải thiện hơn nữa các thiết bị quang điện cũng như cho một loạt các ứng dụng trong việc bảo vệ bề mặt kim loại.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Yeoh, M.-E., Chan, K.-Y.: A review on semitransparent solar cells for real-life applications based on dye-sensitized technology. IEEE J. Photovoltaics 11(2), 354–361 (2021)
O’regan, B., Grätzel, M.: A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature 353(6346), 737–740 (1991)
Hagfeldt, A., Boschloo, G., Sun, L., Kloo, L., Pettersson, H.: Dye-sensitized solar cells. Chem. Rev. 110(11), 6595–6663 (2010)
Grätzel, M.: Dye-sensitized solar cells. J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev. 4(2), 145–153 (2003)
Sharma, K., Sharma, V., Sharma, S.S.: Dye-sensitized solar cells: fundamentals and current status. Nanoscale Res. Lett. 13, 1–46 (2018)
Wu, J.J., Lan, Z., Lin, J., Huang, M., Huang, Y., Fan, L., Luo, G., Lin, Y., Xie, Y., Wei, Y.: Counter electrodes in dye-sensitized solar cells. Chem. Soc. Rev. 46(19), 5975–6023 (2017)
Bagavathi, M., Ramar, A., Saraswathi, R.: Fe3O4–carbon black nanocomposite as a highly efficient counter electrode material for dye-sensitized solar cell. Ceram. Int. 42(11), 13190–13198 (2016)
Leijtens, T., Eperon, G.E., Noel, N.K., Habisreutinger, S.N., Petrozza, A., Snaith, H.J.: Stability of metal halide perovskite solar cells. Adv. Energy Mater. 5(20), 1500963 (2015)
Tran, V.A., Truong, T.T., Phan, T.A.P., Nguyen, T.N., Huynh, T.V., Agresti, A., Pescetelli, S., Le, T.K., Carlo, A.D., Lund, T., Le, S.-N., Nguyen, P.T.: Application of nitrogen-doped TiO2 nano-tubes in dye-sensitized solar cells. Appl. Surf. Sci. 399, 515–522 (2017)
Kim, C., Kim, K.-S., Kim, H.Y., Han, Y.S.: Modification of a TiO2 photoanode by using Cr-doped TiO2 with an influence on the photovoltaic efficiency of a dye-sensitized solar cell. J. Mater. Chem. 18(47), 5809–5814 (2008)
Chandiran, A.K., Sauvage, F., Casas-Cabanas, M., Comte, P., Zakeeruddin, S.M., Graetzel, M.: Doping a TiO2 photoanode with Nb5+ to enhance transparency and charge collection efficiency in dye-sensitized solar cells. J. Phys. Chem. C 114(37), 15849–15856 (2010)
Hsieh, T.-Y., Wei, T.-C., Zhai, P., Feng, S.-P., Ikegami, M., Miyasaka, T.: A room-temperature process for fabricating a nano-Pt counter electrode on a plastic substrate for efficient dye-sensitized cells. J. Power. Sources 283, 351–357 (2015)
Briscoe, J., Dunn, S.: The future of using earth-abundant elements in counter electrodes for dye-sensitized solar cells. Adv. Mater. 28(20), 3802–3813 (2016)
Olsen, E., Hagen, G., Lindquist, S.E.: Dissolution of platinum in methoxy propionitrile containing LiI/I2. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 63(3), 267–273 (2000)
Oviri, O.K., Ekpunobi, A.J.: Transmittance and band gap analysis of dye sensitized solar cell. Res. J. Recent Sci. ISSN 2277, 2502 (2013)
Kim, C.K., Kim, H.M., Aftabuzzaman, M., Jeon, I.-Y., Kang, S.H., Eom, Y.K., Baek, J.B., Kim, H.K.: Comparative study of edge-functionalized graphene nanoplatelets as metal-free counter electrodes for highly efficient dye-sensitized solar cells. Mater. Today Energy 9, 67–73 (2018)
Aftabuzzaman, M., Lu, C., Kim, H.K.: Recent progress on nanostructured carbon-based counter/back electrodes for high-performance dye-sensitized and perovskite solar cells. Nanoscale 12(34), 17590–17648 (2020)
Jo, Y., Cheon, J.Y., Yu, J., Jeong, H.Y., Han, C.-H., Jun, Y., Joo, S.H.: Highly interconnected ordered mesoporous carbon–carbon nanotube nanocomposites: Pt-free, highly efficient, and durable counter electrodes for dye-sensitized solar cells. Chem. Commun. 48(65), 8057–8059 (2012)
Saranya, K., Rameez, M., Subramania, A.: Developments in conducting polymer based counter electrodes for dye-sensitized solar cells–an overview. Eur. Polym. J. 66, 207–227 (2015)
Ju, M.J., Choi, I.T., Zhong, M., Lim, K., Ko, J., Mohin, J., Lamson, M., Kowalewski, T., Matyjaszewski, K., Kim, H.K.: Copolymer-templated nitrogen-enriched nanocarbons as a low charge-transfer resistance and highly stable alternative to platinum cathodes in dye-sensitized solar cells. J. Mater. Chem. A 3(8), 4413–4419 (2015)
Lee, C.-P., Li, C.-T., Ho, K.-C.: Use of organic materials in dye-sensitized solar cells. Mater. Today 20(5), 267–283 (2017)
Popoola, I.K., Gondal, M.A., AlGhamdi, J.M., Qahtan, T.F.: Photofabrication of highly transparent platinum counter electrodes at ambient temperature for bifacial dye sensitized solar cells. Sci. Rep. 8(1), 12864 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-31040-1
Kim, S.-S., Park, K.-W., Yum, J.-H., Sung, Y.-E.: Pt–NiO nanophase electrodes for dye-sensitized solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 90(3), 283–290 (2006). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2005.03.015
Guo, S.-S., Qin, C., Li, Y.-G., Lu, Y., Su, Z.-M., Chen, W.-L., Wang, E.-B.: A long-term stable Pt counter electrode modified by POM-based multilayer film for high conversion efficiency dye-sensitized solar cells. Dalt. Trans. 41(8), 2227–2230 (2012)
Ren, H., Shao, H., Zhang, L., Guo, D., Jin, Q., Yu, R., Wang, L., Li, Y., Wang, Y., Zhao, H., Wang, D.: A new graphdiyne nanosheet/Pt nanoparticle-based counter electrode material with enhanced catalytic activity for dye-sensitized solar cells. Adv. Energy Mater. 5(12), 1500296 (2015)
Chou, J.-C., Hsu, W.-Y., Liao, Y.-H., Lai, C.-H., Lin, Y.-J., You, P.-H., Chu, C.-M., Lu, C.-C., Nien, Y.-H.: Photovoltaic analysis of platinum counter electrode modified by graphene oxide and magnetic beads for dye-sensitized solar cell. IEEE Trans. Semicond. Manuf. 30(3), 270–275 (2017)
Yang, Q.-Z., Siri, O., Braunstein, P.: First transamination reactions for the one-pot synthesis of substituted zwitterionic quinones. Chem. Commun. 21, 2660–2662 (2005)
Son, E.J., Kim, J.H., Kim, K., Park, C.B.: Quinone and its derivatives for energy harvesting and storage materials. J. Mater. Chem. A 4(29), 11179–11202 (2016)
Luczak, A., Ruiz, A.T., Pascal, S., Adamski, A., Jung, J., Luszczynska, B., Siri, O.: The quinonoid zwitterion interlayer for the improvement of charge carrier mobility in organic field-effect transistors. Polymers (Basel) 13(10), 1567 (2021)
Li, X., Guo, W., Liu, Z., Wang, R., Liu, H.: Quinone-modified NH2-MIL-101 (Fe) composite as a redox mediator for improved degradation of bisphenol A. J. Hazard. Mater. 324, 665–672 (2017)
Routaboul, L., Braunstein, P., Xiao, J., Zhang, Z., Dowben, P.A., Dalmas, G., Costa, V.D., Félix, O., Decher, G., Rosa, L.G., Doudin, B.: Altering the static dipole on surfaces through chemistry: molecular films of zwitterionic quinonoids. J. Am. Chem. Soc. 134(20), 8494–8506 (2012)
Yuan, M., Tanabe, I., Bernard-Schaaf, J.-M., Shi, Q.-Y., Schlegel, V., Schurhammer, R., Dowben, P.A., Doudin, B., Routaboul, L., Braunstein, P.: Influence of steric hindrance on the molecular packing and the anchoring of quinonoid zwitterions on gold surfaces. New J. Chem. 40(7), 5782–5796 (2016)
Nguyen, D., Huynh, T.V., Nguyen, V.S., Cao, P.-L.D., Nguyen, H.T., Wei, T.-C., Tran, P.H., Nguyen, P.T.: Choline chloride-based deep eutectic solvents as effective electrolytes for dye-sensitized solar cells. RSC Adv. 11(35), 21560–21566 (2021)
Burle, J.-R., Boussac, A., Boullais, C., Berger, G., Mattioli, T., Mioskowski, C., Nabedryk, E., Breton, J.: FTIR spectroscopy of UV-generated quinone radicals: evidence for an intramolecular hydrogen atom transfer in ubiquinone, naphthoquinone, and plastoquinone. J. Phys. Chem. 99(12), 4059–4070 (1995)
Sieuw, L., Jouhara, A., Quarez, E., Auger, C., Gohy, J.-F., Poizot, P., Vlad, A.: A H-bond stabilized quinone electrode material for Li–organic batteries: the strength of weak bonds. Chem. Sci. 10(2), 418–426 (2019)
Sen, R., Escorihuela, J., van Delft, F., Zuilhof, H.: Rapid and complete surface modification with strain-promoted oxidation-controlled cyclooctyne-1, 2-quinone cycloaddition (SPOCQ). Angew. Chemie Int. Ed. 56(12), 3299–3303 (2017)
Gómez-Herrero, A.C., Sánchez-Sánchez, C., Chérioux, F., Martínez, J.I., Abad, J., Floreano, L., Verdini, A., Cossaro, A., Mazaleyrat, E., Guisset, V., David, P., Lisi, S., Gago, J.A.M., Coraux, J.: Copper-assisted oxidation of catechols into quinone derivatives. Chem. Sci. 12(6), 2257–2267 (2021)
Safo, I.A., Dosche, C., Özaslan, M.: Effects of capping agents on the oxygen reduction reaction activity and shape stability of Pt nanocubes. ChemPhysChem 20(22), 3010–3023 (2019)
Papaderakis, A., Pliatsikas, N., Prochaska, C., Papazisi, K.M., Balomenou, S.P., Tsiplakides, D., Patsalas, P., Sotiropoulos, S.: Ternary Pt-Ru-Ni catalytic layers for methanol electrooxidation prepared by electrodeposition and galvanic replacement. Front. Chem. 2, 29 (2014)
He, B., Meng, X., Tang, Q.: Low-cost counter electrodes from CoPt alloys for efficient dye-sensitized solar cells. ACS Appl. Mater. Interfaces 6(7), 4812–4818 (2014)
Wan, J., Fang, G., Yin, H., Liu, X., Liu, D., Zhao, M., Ke, W., Tao, H., Tang, Z.: Pt–Ni Alloy nanoparticles as superior counter electrodes for dye-sensitized solar cells: experimental and theoretical understanding. Adv. Mater. 26(48), 8101–8106 (2014)
Gong, F., Wang, H., Xu, X., Zhou, G., Wang, Z.-S.: In situ growth of Co0.85Se and Ni0.85Se on conductive substrates as high-performance counter electrodes for dye-sensitized solar cells. J. Am. Chem. Soc. 134(26), 10953–10958 (2012)
Nazeeruddin, M.K., Baranoff, E., Grätzel, M.: Dye-sensitized solar cells: a brief overview. Sol. Energy 85(6), 1172–1178 (2011)
Li, Q., Chen, X., Tang, Q., Xu, H., He, B., Qin, Y.: Imbibition of polypyrrole into three-dimensional poly (hydroxyethyl methacrylate/glycerol) gel electrolyte for robust quasi-solid-state dye-sensitized solar cells. J. Mater. Chem. A 1(27), 8055–8060 (2013)
Kay, A., Grätzel, M.: Low cost photovoltaic modules based on dye sensitized nanocrystalline titanium dioxide and carbon powder. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 44(1), 99–117 (1996)