Synthèse de la contre-électrode composite MoIn2S4@CNTs pour cellules solaires à colorant

Contexte

Au cours des dernières décennies, il est urgent d'exploiter et d'utiliser les énergies renouvelables en remplacement des combustibles fossiles conventionnels, la grave pénurie d'énergie et la dégradation de l'environnement augmentant [1, 2]. La cellule solaire à colorant (DSSC) a attiré de nombreuses recherches en raison de son respect de l'environnement, de son processus de préparation facile, de ses performances photovoltaïques brillantes, etc. [3, 4]. La contre-électrode (CE), en tant que l'un des composants importants d'un DSSC, joue le rôle de collecte des électrons du circuit externe et de catalyse de la réaction de réduction de I₃ ⁻ à I ⁻ dans l'électrolyte liquide [5, 6]. Généralement, les matériaux CE idéaux présentent les mérites d'une conductivité électrique élevée et d'une activité catalytique remarquable. Cependant, le platine (Pt) en tant que matériau CE répandu et efficace est confiné à une application commercialisée à grande échelle en raison des principales faiblesses de la rareté, du coût et de la mauvaise stabilité à long terme [7, 8]. Par conséquent, de nombreux efforts ont été déployés pour développer une activité catalytique facilement accessible, rentable et de type Pt appliquée dans DSSC depuis des années [9].

Jusqu'à présent, divers types de matériaux alternatifs exceptionnels ont été proposés, tels que les matériaux carbonés [10, 11], les chalcogénures de métaux de transition [12], les polymères conducteurs [13], les alliages métalliques [14] et leurs composés [15, 16 ]. Parmi eux, les chalcogénures de métaux de transition binaires ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur structure unique et de leurs propriétés chimiques. Par exemple, le MoS₂ synthétisé sur le substrat FTO présente une structure en couches sandwich, une plus grande surface et des sites de bord plus actifs conduisant à des performances extrêmement photoélectriques en tant que CE pour DSSC [17]. Pendant ce temps, des travaux de recherche approfondis se sont concentrés sur l'activité catalytique pour I₃ ⁻ une réduction a également été faite pour WS₂ [18], FeS₂ [19], CoS [20] et NiS₂ [21], comparables voire meilleurs que ceux de l'électrode Pt. Néanmoins, les caractéristiques inhérentes à ces matériaux, telles qu'une faible conductivité électrique et seulement deux compositions chimiques fixes, ont entravé l'amélioration de leur activité catalytique [22]. Par conséquent, de nombreuses méthodes visant à surmonter les lacunes susmentionnées ont été adoptées pour synthétiser des chalcogénures de métaux de transition multinaires par ajustement des éléments constitutifs, conception de la structure et adaptation de la morphologie. Heureusement, des chalcogénures de métaux de transition multinaires considérables ont permis d'améliorer considérablement la capacité catalytique des DSSC, tels que NiCo₂ S₄ [23], MIn₂ S₄ (M =Fe, Co, Ni) [22], CuInS₂ [24], CoCuWS_x [25], et Ag₈ GeS₆ [26], dont la capacité catalytique est évidemment bien meilleure que celle de leurs homologues binaires.

De plus, il est largement reconnu que les nanotubes de carbone (CNT) présentent des caractéristiques considérablement nouvelles de grande surface spécifique, une excellente conductivité électrique, une résistance mécanique élevée et une stabilité photochimique, qui sont largement utilisées dans la synthèse et la modification d'autres matériaux [27]. Malheureusement, les NTC présentent une faible activité électrocatalytique pour I₃ ⁻ réduction, ce qui limite fortement leur application de manière indépendante dans un dispositif DSSC. Heureusement, un grand nombre d'études ont montré que les composites CE modifiés avec des NTC ont tous obtenu des performances photoélectriques grandement améliorées pour les DSSC [18, 28, 29]. Liu et al. ont rapporté une structure hiérarchique en forme de fleur de Cu₂ MnSnS₄ /CNT (CMTS/CNT) CE via la méthode solvothermique en DSSC a gagné un rendement de conversion photoélectrique de 8,97 %, bien supérieur à celui des DSSC avec CMTS (6,21 %) et Pt (8,37 %) CE [29].

Sur la base des considérations ci-dessus, dans cette étude, un MoIn₂ S₄ @CNT composite CE de DSSC avec structure en boule de hérisson a été synthétisé en utilisant une méthode hydrothermale en une étape facile et devrait améliorer les performances de l'appareil. Les résultats du microscope électronique à balayage montrent que différentes teneurs en NTC entraînent des changements visibles sur la morphologie. Selon une série de caractérisations électrochimiques comprenant la voltamétrie cyclique (CV), la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) et les tests de courbes de Tafel, le MoIn₂ S₄ @CNTs CE indique une activité catalytique remarquable et une résistance au transfert de charge fine. Le DSSC assemblé avec le MoIn₂ S₄ @CNTs CE avec un contenu approprié atteint une efficacité de conversion de puissance supérieure de 8,38%, ce qui est meilleur que celui du DSSC basé sur le Pt CE (8,01%).

Méthodes

Matériaux

Molybdate de sodium dihydraté (Na₂ MoO₄ ·2H₂ O), chlorure d'indium tétrahydraté (InCl₃ ·4H₂ O) et le thioacétamide (TAA) ont été achetés auprès de Shanghai Chemical Agent Ltd., Chine, qui ont été utilisés directement sans autre purification. Les nanotubes de carbone (CNT) ont été obtenus auprès d'Aladdin Chemical Agent Ltd., Chine. Le colorant commercial Z907 a été obtenu auprès de Solaronix Ltd. (Suisse). Le SnO₂ dopé au fluor verre (FTO), acheté auprès de NSG, Japon (15 Ω sq ⁻¹ ), ont été nettoyés avec un détergent et de l'acétone ainsi que de l'alcool éthylique en séquence après avoir été découpés en carrés de 1,5 cm × 2,0 cm.

Préparation du TiO poreux₂ photoanodes

Le colloïde de TiO₂ a été préparé comme notre travail précédent [30]. Le TiO₂ sensibilisé au colorant les photoanodes ont été fabriquées comme suit :tout d'abord, du ruban 3 M (50 m d'épaisseur) avec une surface exposée de 0,283  cm ² a été attaché sur FTO. Par la suite, le TiO₂ tel que préparé le colloïde a été appliqué en utilisant une méthode d'enduction à la lame. Deuxièmement, le séchage TiO₂ l'électrode a été frittée à 450°C pendant 30 min dans un four à moufle. Ensuite, le TiO₂ l'électrode a été immergée dans un tétrachlorure de titane 40 mM (TiCl₄ ) solution aqueuse à 70 °C pendant 30 min, puis recuit sous air à 450 °C pendant 30 min. Après refroidissement à température ambiante, le TiO₂ l'électrode a été immergée dans une solution d'éthanol absolu de colorant Z907 (0,3 mM) pendant 24 h pour adsorber suffisamment de colorants et a obtenu le TiO₂ sensibilisé au colorant résultant photoanode.

Fabrication de MoIn ternaire₂ S₄ @CNTs CE

Le MoIn₂ S₄ des films minces ont été cultivés directement sur des substrats FTO par une approche simple faisant référence à notre rapport précédent [31]. Dans une préparation typique, 0,0696 g Na₂ MoO₄ ·2H₂ O, 0,169 g InCl₃ ·4H₂ O et 0,1394  g de TAA ont été diffusés dans 30 ml d'eau déminéralisée sous ultrasons pendant 2 h jusqu'à ce que tous les réactifs soient dissous. Les substrats FTO pré-nettoyés ont été placés dans un autoclave en acier inoxydable revêtu de Teflon de 100 ml avec le côté conducteur vers le haut avant d'y transférer le mélange précurseur ci-dessus. Après avoir été scellé, l'autoclave a été placé dans une étuve et chauffé sous 200°C pendant un temps de réaction de 15µh. Les substrats de verre FTO recouverts de MoIn₂ S₄ les matériaux ont été sortis de l'autoclave, lavés avec de l'éthanol, de l'eau déminéralisée, puis séchés à l'air sous 60°C pendant 12h.

Afin d'étudier l'impact des teneurs en NTC sur le composite fabriqué CE et les performances du DSSC, différentes teneurs en NTC ajoutées au précurseur ont été réalisées, dont trois échantillons dans lesquels la quantité de NTC était de 10, 20 et 30  mg , respectivement, en gardant les autres réactifs et procédés de fabrication inchangés. Les échantillons ci-dessus ont été marqués MoIn₂ S₄ (0 mg), MoIn₂ S₄ @CNTs-1 (10 mg), MoIn₂ S₄ @CNTs-2 (20 mg) et MoIn₂ S₄ @CNTs-3 (30 mg).

A titre de comparaison, un Pt CE pyrolysé a été utilisé comme CE de référence. Le H₂ PtCl₆ dans une solution d'isopropanol (0,50 % en poids) a été déposé sur la surface du verre FTO, puis fritté à 450°C dans un four à moufle pendant 30 min pour fabriquer le Pt CE.

Fabrication des DSSC

Les DSSC à structure sandwich ont été construits en coupant les EC de l'échantillon (y compris MoIn₂ S₄ , divers MoIn₂ S₄ @CNTs et Pt CEs) avec TiO₂ sensibilisé au colorant tel que préparé photoanode. Le Surlyn a été utilisé comme espaceur entre les électrodes et suivi du remplissage de l'espace intermédiaire avec un électrolyte redox liquide composé de 0,60 M d'iodure de tétrabutylammonium, 0,10 M d'iodure de lithium, 0,05 M d'iode et 0,50 M de solution d'acétonitrile de 4-tert-butyl-pyridine.

Caractérisations

La composition en éléments chimiques des échantillons a été caractérisée en utilisant une analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) (Kratos Axis Ultra). Les caractéristiques morphologiques des échantillons ont été observées par microscopie électronique à balayage à émission de champ (FESEM, JSM-7001F). La méthode de surface spécifique BET a été utilisée à l'aide d'un analyseur JW-K par absorption d'azote pour tester la surface et la distribution de la taille des pores. Les autres propriétés électrochimiques pertinentes ont été recherchées par une station de travail électrochimique CHI660E. La spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) a été réalisée dans une plage de fréquences de 0,1 à 10 ⁵ Hz avec une amplitude perturbée de 5 mV. Les performances photovoltaïques des DSSC ont été réalisées en mesurant courant densité-tension (J -V ) courbes caractéristiques sous irradiation de 100 mW cm ⁻² du simulateur solaire (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd).

Résultats et discussions

Composition et morphologie

Le XPS est utilisé pour examiner les compositions de surface et les états chimiques de chaque élément dans MoIn₂ S₄ et MoIn₂ S₄ @CNTs films. Le spectre des données d'enquête dans MoIn₂ S₄ et MoIn₂ S₄ Les échantillons @CNTs-2 sont illustrés à la Fig. 1a pour vérifier la présence d'éléments Mo, In, S et C (comme référence). De plus, tous les spectres des quatre échantillons, calibrés par le pic C 1s à l'énergie de liaison de 284,6  eV [17], sont analysés via la méthode d'ajustement gaussien illustrée aux Fig. 1b et c. Le pic C 1s est apparu dans MoIn₂ S₄ Il est bien connu que l'échantillon provient du carbone adventice causé par l'exposition à l'air. Dans la région Mo 3d, deux pics majeurs à 228,8 et 232,1  eV sont attribués à Mo 3d5/2 et Mo 3d3/2 du MoS₂ [32], respectivement. Ce résultat confirme que l'élément Mo est dans son état d'oxydation IV, qui est réduit à Mo ⁴⁺ (MoIn₂ S₄ ) à partir de Mo ⁶⁺ (Na₂ MoO₄ ) [33]. Les pics de doublet aux énergies de liaison de 445,2 et 452,2  eV correspondent à In 3d5/2 et In 3d3/2 [24, 34]. Quant aux spectres XPS de S 2p, les pics situés à 161,8 et 163,1 eV appartiennent respectivement à S 2p3/2 et 2p1/2, qui est attribué au S₂ ⁻ [17, 32]. Les résultats ci-dessus sont bien en accord avec nos études précédentes [31]. De plus, aucun autre élément ou pic supplémentaire n'est trouvé dans l'enquête, ce qui confirme que les échantillons synthétisés ont des compositions chimiques et une structure similaires.

Spectres XPS des échantillons

Les morphologies de surface de MoIn₂ tel que préparé S₄ et MoIn₂ S₄ Les nanofilms @CNTs sont observés par images SEM sur la figure 2. Sur la figure 2a, MoIn₂ S₄ échantillon affiche une structure de nanofeuille en forme de pétale avec une surface uniforme, lisse et dense. Contrairement à MoIn₂ S₄ nanofilms, la structure en boule de hérisson se trouve dans MoIn₂ S₄ Échantillons @CNT dans la Fig. 2b–d, et le diamètre moyen du MoIn₂ S₄ @CNTs nanospheres est d'environ 890 nm. Il est facile d'observer que tant de nanofeuillets de réseau sont entièrement développés sur le substrat FTO. Par rapport au MoIn₂ S₄ Échantillons @CNT avec faible (MoIn₂ S₄ @CNTs-1) et élevé (MoIn₂ S₄ @CNTs-3) Contenu CNT, l'échantillon à contenu modéré (MoIn₂ S₄ @CNTs-2) présente plus de boules de hérisson et de matrices de nanofeuilles sur le réseau du MoIn₂ S₄ . Une bonne performance de contact entre la structure du réseau de nanofeuillets avec un grand nombre de boules de hérisson sur le substrat FTO facilite la réduction de I₃ ⁻ attribué à sa bonne conductivité et à ses vastes sites actifs catalytiques, ce qui permet de prédire que le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE atteindra de meilleures performances que celles du MoIn₂ S₄ , MoIn₂ S₄ @CNTs-1, et MoIn₂ S₄ @CNTs-3 CE. De plus, des morphologies dissemblables entre MoIn₂ S₄ et MoIn₂ S₄ Les @CNT indiquent que les CNT jouent un rôle central dans le contrôle de la morphologie des échantillons.

Images SEM de a MoIn₂ S₄ , b MoIn₂ S₄ @CNTs-1, c MoIn₂ S₄ @CNTs-2, et d MoIn₂ S₄ @CNTs-3

La figure 3 montre les modèles XRD de divers échantillons. Parmi eux, les pics de diffraction à 25,74 et 42,85° sont attribués aux signaux des NTC [31]. Les pics de diffraction à 2θ =27,5, 33,4, 43,7, 47,9, 56,2 et 59,6° appartiennent aux plans cristallographiques (311), (400), (511), (440), (533) et (444) (JCPDS carte n° 32-0456) de In₂ S₃ . Les pics à 14,4 et 66,5° sont considérés comme des plans cristallins (002) et (114) de structure cubique (carte JCPDS n° 37-1492) pour le MoS₂ [33]. Depuis le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 et MoIn₂ S₄ échantillons, les pics décrits ci-dessus apparaissent bien dans les deux échantillons. Par rapport au MoIn₂ S₄ échantillon, le pic des NTC à 25,74° est clairement visible dans MoIn₂ S₄ @CNTs-2 modèles XRD. Ainsi, on peut en déduire que le MoIn₂ S₄ Les matériaux @CNTs-2 sont synthétisés avec succès et il n'y a pas d'introduction d'impuretés.

Modèles XRD de divers échantillons

N₂ les isothermes d'adsorption-désorption sont mesurés et montrés sur la figure 4 pour explorer les surfaces spécifiques et les caractéristiques des pores. Généralement, la plus grande surface spécifique facilite une transmission de charge plus pratique sur l'interface CE/électrolyte [35]. Il démontre à partir de la Fig. 4 que les échantillons possèdent une boucle d'hystérésis évidente de comportement d'adsorption-désorption de type IV, et leurs données correspondantes calculées à partir de la méthode Brunauer-Emmett-Teller (BET) et Barrett-Joyner-Halenda (BJH) sont tabulées dans Tableau 1. Par comparaison, il est facile de constater que la surface spécifique et le diamètre moyen des pores du MoIn₂ S₄ Les échantillons @CNT sont bien meilleurs que ceux du MoIn₂ S₄ . Parmi les trois MoIn₂ S₄ Échantillons @CNT, MoIn₂ S₄ @CNTs-2 montre la plus grande surface spécifique de 66,80 m ² g ⁻¹ et le plus petit diamètre moyen des pores de 17,8  nm, qui peut être attribué à l'excellente structure en boule de hérisson après dopage de NTC modérés. Il est raisonnable de croire que le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE obtiendra l'activité catalytique fine et atteindra ainsi des performances de dispositif très efficaces.

N₂ isothermes d'absorption-désorption de divers échantillons

Propriétés électrochimiques

Des mesures CV sont effectuées pour étudier le comportement électrocatalytique des échantillons obtenus dans la plage de potentiel de − 0,6 à 1,0 V à une vitesse de balayage de 60 mV s ⁻¹ pour le MoIn₂ S₄ et MoIn₂ S₄ @CNTs CEs, et les valeurs calculées sont résumées dans le tableau 1. Les pics de gauche des deux paires de pics d'oxydation et de réduction dans chaque courbe CV de la figure 5a sont attribués à l'équation (I₃ ⁻ + 2e ⁻ 3I ⁻ ), qui détermine les performances d'activité électrocatalytique des matériaux CE, en particulier dans les DSSC [23, 36]. Les valeurs de la densité de courant crête de réduction négative (J _ordinateur ), un paramètre clé dans le test CV, suit les ordres de Pt (3.80 mA cm ⁻² ) 2 S₄ (4.31 mA cm ⁻² ) 2 S₄ @CNTs-1 (4.68 mA cm ⁻² ) 2 S₄ @CNTs-3 (5.09 mA cm ⁻² ) 2 S₄ @CNTs-2 (7,47 mA cm ⁻² ). Évidemment, le MoIn₂ S₄ Le CE lui-même a une bonne activité catalytique, et le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE présente un J beaucoup plus élevé _ordinateur que celui du Pt, MoIn₂ S₄ CE et les deux autres types de MoIn₂ S₄ @CNTs CEs attribués à sa morphologie de surface distinctive, à l'effet synergique des CNT dopés et à la plus grande surface. Les résultats indiquent que le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE a une activité électrocatalytique fine pour le I ⁻ /I₃ ⁻ couple redox dans les CE DSSC. La figure 5b montre les courbes CV du MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE à la vitesse de balayage de 60 mV s ⁻¹ et ils ne changent presque pas avec 50 cycles, ce qui indique que le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE possède une excellente stabilité électrochimique.

un CV des différents CE à une vitesse de balayage de 60 mV s ⁻¹ . b 50 cycles CV du MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE

Les figures 6a–c montrent les CV de MoIn₂ S₄ @CNTs CE à différentes vitesses de balayage. Avec des taux de balayage passant de 20 à 120 mV s ⁻¹ , les pics d'oxydation et de réduction se déplacent vers le sens positif et négatif du fait des diffusions rapides de I ⁻ /I₃ ⁻ couple redox sur les surfaces des CE et la grande polarisation électrochimique [28]. De plus, la figure 6d montre la relation entre les densités de courant des pics anodiques et cathodiques des paires de pics gauches par rapport à la racine carrée des taux de balayage. Les relations linéaires bien ajustées indiquent que la réaction redox de I ⁻ /I₃ ⁻ est dominé par le transport d'ions contrôlé par diffusion [22, 25].

CV du MoIn₂ S₄ @CNTs CE à différentes vitesses de balayage a MoIn₂ S₄ @CNTs-1, b MoIn₂ S_4@ CNTs-2, c MoIn₂ S₄ @CNTs-3, et d les influences de la vitesse de balayage sur la densité de courant des pics redox

La figure 7a montre les tracés de Nyquist des différents échantillons pour mieux comprendre la cinétique du processus de transfert de charge interfacial. Les données EIS obtenues à partir des courbes ajustées avec un modèle de circuit équivalent de l'insert sont répertoriées dans le tableau 2. En règle générale, les tracés de Nyquist contiennent deux demi-cercles, le premier demi-cercle à gauche représente la résistance de transfert de charge R _ct à l'interface CE et électrolyte, et le deuxième demi-cercle correspond à l'impédance de diffusion de Nernst dans l'électrolyte, tandis que l'intersection de la courbe dans la région des hautes fréquences sur l'axe réel est connue sous le nom de résistance série R _s . En général, R _s et R _ct sont deux paramètres essentiels pour évaluer l'activité catalytique de CE dans DSSC. Un petit R _s indique un bon contact entre le catalyseur et le substrat, et donc la résistance de l'ensemble du dispositif est également faible [29, 37, 38]. Pendant ce temps, le petit R _ct signifie un taux de transfert de charge élevé. Comme présenté dans le tableau 2, le R _s valeurs du MoIn₂ S₄ , MoIn₂ S₄ @CNTs-1, MoIn₂ S₄ @CNTs-2, et MoIn₂ S₄ @CNTs-3 Les CE sont 24,77, 23,16, 18,96 et 19,58 Ω cm ² , respectivement. Évidemment, tous les composites MoIn₂ S₄ Les CE @CNTs ont le plus petit R _s que celui du MoIn₂ S₄ CE, indiquant que la conductivité du MoIn₂ S₄ @CNTs CEs est amélioré après dopage des CNTs. De plus, parmi les quatre CE, les tendances de R _ct est MoIn₂ S₄> MoIn₂ S₄ @CNTs-1> MoIn₂ S₄ @CNTs-3> MoIn₂ S₄ @CNTs-2, qui suggère un ordre inverse d'impédance électrochimique et de capacité catalytique des CE. MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE possède le R le plus bas _ct valeur peut être attribuée à la synergie des NTC avec une conductivité fine et MoIn₂ S₄ avec une excellente capacité catalytique, résultant en une réduction plus efficace du triiodure sur l'interface CE/électrolyte. Apparemment, la conductivité et la capacité catalytique du MoIn₂ S₄ Les CE composites @CNTs ont été grandement améliorées par rapport à celles du MoIn₂ S₄ CE, et le résultat est tout à fait cohérent avec les tests BET et CV.

un EIS et b Courbes de Tafel du symétrique MoIn₂ S₄ , MoIn₂ S₄ @CNTs-1, MoIn₂ S₄ @CNTs-2, et MoIn₂ S₄ @CNTs-3 CE

Les courbes de polarisation de Tafel des différents CE sont mesurées comme indiqué sur la Fig. 7b, et les valeurs des paramètres correspondants sont résumées dans le Tableau 2. Normalement, une courbe de Tafel standard comprend deux paramètres importants nommés densité de courant d'échange (J ₀ ) et limiter la densité de courant de diffusion (J _lim ). J ₀ est lié à la réaction de réduction catalytique. Plus le J est grand ₀ est, meilleur est l'effet catalytique. J _lim est également positivement liée à l'efficacité de diffusion de l'électrolyte. Le plus grand J _lim indique la diffusion plus rapide de I₃ ⁻ ions [29, 37]. Comme présenté dans la Fig. 7b et le Tableau 2, le J _lim et J ₀ sont tous dans l'ordre de Pt 2 S₄ 2 S₄ @CNTs-1 2 S₄ @CNTs-3 2 S₄ @CNTs-2, suggérant que l'activité catalytique du MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE s'est considérablement amélioré après le dopage des CNT. Parmi les CE ci-dessus, le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE obtient la meilleure activité catalytique par rapport aux autres. Le plus grand J _lim et J ₀ du MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE peut être attribué à sa grande surface spécifique constituée d'une structure en boule de hérisson et à une conductivité améliorée par le dopage des CNT.

Performances photovoltaïques des DSSC

Par contraste, les DSSC avec le MoIn₂ S₄ , MoIn₂ S₄ @CNTs et Pt CEs sont préparés avec les photoanodes et l'électrolyte uniformes. Le J -V les courbes caractéristiques sont mesurées sous 1 soleil (AM 1.5 G, 100 mW cm ⁻² ) et les valeurs des paramètres photovoltaïques correspondants sont répertoriées dans le tableau 3. Quatre paramètres clés, dont la densité de courant de court-circuit (J _sc ), tension en circuit ouvert (V _oc ), facteur de remplissage (FF ) et l'efficacité de conversion de puissance (η ) sont généralement adoptés pour évaluer les performances photovoltaïques des DSSC. Les FF et η des DSSC sont calculés selon les Eqs. (1) et (2) :

où P _dans est la puissance lumineuse incidente et J _max (mA cm ^–2 ) et V _max (V ) sont la densité de courant et la tension au point de puissance de sortie maximale dans le J–V courbes, respectivement.

Comme on peut le voir sur la figure 8, les DSSC avec MoIn₂ S₄ et les NTC CE ont un rendement de conversion de puissance de 7,44 % et 3,62 %. Par rapport aux DSSC avec le MoIn₂ S₄ et les CNT CE, les DSSC assemblés avec les trois MoIn₂ S₄ @CNTs CE montrent une amélioration J _sc et η valeurs. De plus, le J _sc et η valeurs des DSSC basées sur le MoIn₂ S₄ @CNTs Les CE augmentent avec la teneur en CNT passant de 10 à 20 mg. Bien qu'il augmente encore la teneur en CNT à 30 mg, il en résulte une légère descente pour le J _sc et η . Par rapport au DSSC basé sur Pt, les trois MoIn₂ S₄ Les DSSC basés sur les @CNT présentent une η améliorée de 8,16 %, 8,31 % et 8,38 %, ce qui est supérieur à celui du DSSC basé sur le Pt (η de 8,01 %) dans les mêmes conditions. Surtout, le DSSC assemblé avec le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE affiche les meilleures performances photovoltaïques et atteint un η de 8,38%, et son J correspondant _sc de 17.17 mA cm ⁻² , V _oc de 0,745  V et FF de 0,655. La propriété photoélectrique améliorée du DSSC avec le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE était dû à l'effet synergique des CNT et du MoIn₂ S₄ .

J -V caractéristiques des DSSC fabriqués avec différents CE

Conclusions

Ternaire MoIn₂ S₄ et MoIn₂ S₄ Les contre-électrodes @CNTs sont fabriquées sur un substrat FTO en utilisant une méthode hydrothermale en une étape facile et servies dans les DSSC. Dans des conditions optimales, les DSSC basés sur le MoIn₂ S₄ Les CE @CNTs atteignent tous une bonne efficacité de conversion de puissance. Surtout, le DSSC avec le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 composite CE présente un bon rendement de conversion de puissance de 8,38%, ce qui est bien supérieur à celui des DSSC avec le MoIn₂ S₄ CE (7,44 %) et l'électrode Pt (8,01 %). La propriété photoélectrique améliorée du DSSC avec le MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE était dû à l'effet synergique des CNT et du MoIn₂ S₄ . Pendant ce temps, l'effet synergique du MoIn₂ S₄ @CNTs CE dans les performances électrochimiques a été confirmé à partir d'une série de tests électrochimiques comprenant la voltamétrie cyclique, l'impédance électrochimique et les courbes de Tafel. Le composite MoIn₂ S₄ Le film @CNTs possède une grande surface spécifique à travers N₂ test des isothermes d'adsorption-désorption, qui est avantageux pour adsorber plus d'électrolyte et fournir une plus grande surface de contact actif pour l'électrode. Les faits du MoIn₂ S₄ @CNTs CE servi dans DSSC élargit les applications potentielles des semi-conducteurs complexes de métaux de transition dans le domaine de la chimie optoélectronique.

Disponibilité des données et des matériaux

Tous les ensembles de données sur lesquels reposent les conclusions du manuscrit sont présentés dans le document principal.

Abréviations

CE :

Contre-électrode

CV :

Voltamétrie cyclique

DSSC :

Cellule solaire à colorant

Je ⁻ /I₃ ⁻ :

Iodure/triiodure

J ₀ :

Densité de courant d'échange

J _lim :

Limiter la densité de courant

J _max :

Densité de courant maximale

J _sc :

Densité de courant de court-circuit

J-V :

Photocourant-photovoltage

P _dans :

Puissance lumière incidente

R _ct :

Résistance de transfert de charge

R _s :

Résistance série

SEM :

Microscopie électronique à balayage

V _max :

Tension maximale

V _oc :

Tension en circuit ouvert