色素增感太阳能电池的石墨烯光电极材料的最新进展gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

石墨与单个原子层被称为石墨烯显示能量转换和存储设备的能力。涂料太阳能电池(DSSCs)吸引了强烈的利益由于提供高photo-to-electric转换效率。DSSCs是由光电极(涂料纳米晶体半导体),与氧化还原电解质夫妇,和一个反电极。在这个评论文章中,我们概述策略来提高效率和降低成本通过石墨烯引入DSSCs光电极。首先,DSSCs的发展和石墨烯简要描述的属性。然后,光电极石墨烯的应用材料(透明电极,半导体层和染料敏化剂)在DSSCs深入讨论。最后,提供一个石墨烯材料在DSSCs前景。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

找到一个替代的能源已经成为当今必不可少的需要,与传统资源消耗的能源,如化石燃料。太阳能,作为清洁能源的最大可用的来源,有可能克服这个问题。太阳能电池提供了一种有效方法,将太阳能转化为电能(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。第一代太阳能电池是由高纯度金属硅。然而,超纯硅的生产需要高的能量,导致电力的成本由这种技术这是几倍,产自矿物燃料(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。的一个替代色素增感太阳能电池的硅太阳能电池(DSSC),因为他们的photo-to-electric转换效率相对较高,较低的生产成本和环境亲切(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。DSSC基本上由三部分组成,包括光电极、电解质和反电极。奥雷根和Gratzel建立了先进的DSSCs:涂料纳米晶体TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba薄膜光电极,我gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba^{- - - - - -gydF4y2Ba}/我gydF4y2Ba^{- - - - - -gydF4y2Ba}氧化还原电对电解质,Pt和反电极(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。应用新材料的探索提高效率和减少DSSCs的基本成本。gydF4y2Ba

1.1。涂料太阳能电池(DSSCs)gydF4y2Ba

DSSCs也被称为Gratzel太阳能电池,纪念他们的发明和开创性的工作。图gydF4y2Ba1gydF4y2BaDSSC的显示了一个示意图表示,包括光电极,光敏剂,电解质和反电极(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。DSSC有三个重要的步骤,它将阳光转化为电能:阳光落在染料时,它开始光致激发,使电子转移到半导体的导带。染料分子被氧化,电子由电解质通过氧化还原反应,最后通过外部负载电子电路来完成。大量的评论和书章节DSSCs已发表在文献[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。电化学、物理、材料科学和技术DSSCs已经广泛地查阅其中主要专业人士在这个领域工作。在这篇文献回顾中,我们将回顾石墨烯光电极材料的最新进展。gydF4y2Ba

1.1.1。光电极的作用及其要求gydF4y2Ba

光电极是一种介孔氧化层组成的纳米级粒子的单层染料附着在表面,负责光吸收。在DSSC的一个重要组成部分,因为它将光子转换为电能(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。它可以强烈影响光电压,填充因数,photon-to-current转换效率(IPCE)。这个过程可以描述如下:当暴露在阳光下,电子染料首先兴奋的最高占据分子轨道(HOMO)最低未占据分子轨道(LUMO) [gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。然后转移到半导体的导带和从半导体网络,积累的透明导电氧化物。电解质的解决方案通常包含一个三碘化碘/氧化还原电对捐赠电子重新生成氧化染料。最后,通过外部电路反电极的电子传输,减少碘化三碘化离子回完成过程。良好的光电极应该提供良好的电子注入,好的电子收集,和良好的使用。许多不同的材料探索DSSCs光电极。其中,二氧化钛(TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)粉最大量使用,因为电子空穴对的复合率低和伟大的吸收特性gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。此外,氧化锌具有非常高的电子迁移率也聚集如此多的注意力在DSSCs用作光电极材料(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

1.2。石墨烯gydF4y2Ba

石墨烯,一个丰富的碳的同素异形体,已成为一个最有前途的材料在太阳能电池中的应用。它于2004年首次被发现诺沃肖洛夫et al。gydF4y2Ba37gydF4y2Ba),并在2010年获得诺贝尔奖gydF4y2Ba38gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]。石墨烯是一种1-atom-thick sp的透明层gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba杂化碳原子挤在一个二维纳米结构(图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]。相关的结构包括富勒烯、碳纳米管和石墨(图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。石墨烯具有高载流子迁移率、低表面电阻、高的光学透明性,这将构成其优秀的候选人作为电极材料(gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。另一个独特的石墨烯具有特性是,它可以修复漏洞表本身时暴露在含碳原子(分子gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]。碳原子排列在一个六角晶格。原始的石墨烯没有能带隙;因此,作为半金属(gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]。目前可用的方法对原始石墨烯的目标包括机械剥离(gydF4y2Ba43gydF4y2Ba)和液体剥离。然而,他们两人低产量。科学家正在探索新的化学和物理方法来创建一个人工能带在石墨烯的电子设备的制造要求。Zero-bandgap石墨烯可以通过加氢转化为宽禁带半导体通过spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba碳氢键的形成(gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

因为石墨烯是一个原子层(gydF4y2Ba45gydF4y2Ba),这是一个完美的纳米材料,因此,有巨大的潜力在一个非常广泛的领域的应用纳米技术,包括纳电子学、nanooptics,显示设备,发光二极管,计算机数据存储能量,膜,纳米过滤器对水的净化、传感器、纳米医学、干细胞和能量转换设备(gydF4y2Ba46gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba50gydF4y2Ba),如DSSCs [gydF4y2Ba51gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba56gydF4y2Ba]。石墨烯具有层状结构和高导电性,这有助于提高导电率,增加光伏效率DSSCs当引入金属氧化物半导体(5.98%)gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba57gydF4y2Ba]。石墨纸是另一种形式的石墨烯。它是非常轻量级的,灵活的结构,有利于大规模生产和使用DSSCs [gydF4y2Ba58gydF4y2Ba]。减少氧化石墨烯(rGO)是石墨烯和氧化石墨烯的中间阶段,它有各种类型的含氧官能团,如−哦,= O,−羧基,晶格表面缺陷在金属纳米粒子生成electrocatalytic网站。这就是为什么rGO显示更好的性能比完全没有缺陷降低石墨烯(gydF4y2Ba59gydF4y2Ba]。石墨烯nanoplatelets(国民生产总值)一直在探索反电极,因为他们的高活跃的网站,如边缘缺陷和氧化组(gydF4y2Ba60gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

1.2.1。二维石墨烯的制备gydF4y2Ba

以达到高质量的生产能力和理解过程涉及一个解决方案或薄膜基础上,无数的努力开发合成石墨烯及其衍生物。这些过程通常分化在两类:自底向上和自顶向下的方法。石墨烯材料可以直接合成的碳源在一个自底向上的方法。例如,化学气相沉积(CVD)通常是一个自下而上的过程用于开发大面积、单一,few-layer石墨烯金属基板(gydF4y2Ba61年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba64年gydF4y2Ba]。另一个例子是plasma-enhanced CVD (PECVD) "。PECVD和CVD "之间的区别是,这种方法可以在大量开发单层石墨烯沉积较低温度和较短的反应时间。此外,单层和few-layer石墨烯的电影也可以获得通过含碳的石墨化基质,如原文如此,通过高温退火gydF4y2Ba65年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba66年gydF4y2Ba]。除了这些固相沉积方法,湿化学反应的乙醇和钠其次是热解是另一种方法合成石墨烯(gydF4y2Ba67年gydF4y2Ba),或通过有机合成(graphene-like聚芳烃gydF4y2Ba68年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba69年gydF4y2Ba]。图gydF4y2Ba3(一个)gydF4y2Ba显示的电特性和透明碳电影通过一个新的自底向上的化学方法涉及的热反应合成nanographene巨大的多环芳烃分子相互交联,进一步融合成较大的石墨烯薄片(图gydF4y2Ba3 (b)gydF4y2Ba)。观察一个小电影电导率下降随着膜厚度下降。石墨烯薄膜的结构,如图gydF4y2Ba3 (c)gydF4y2Ba,包括命令、紧密石墨烯层。如图gydF4y2Ba3 (d)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba3 (e)gydF4y2Ba相比,石墨烯薄膜显示了ultrasmooth表面相对粗糙表面和化学不稳定的ITO (gydF4y2Ba68年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

与自底向上的方法相比,自顶向下的方法显示巨大的潜力,如高收益、液态加工性能,减少复杂的执行。夹层、化学功能化、散装石墨的声波降解法,电化学剥离石墨被证明是自顶向下的方法(gydF4y2Ba70年gydF4y2Ba]。然而,也有一些缺点的自上而下的方法,如低收益率的单层生产(gydF4y2Ba71年gydF4y2Ba),昂贵的设置(gydF4y2Ba72年gydF4y2Ba),和残余surfactant-induced低电导率。因此,减少高度氧化石墨烯氧化物(去)表剥落的氧化石墨层的开发作为一个替代方法(gydF4y2Ba73年gydF4y2Ba]。石墨与高锰酸钾的混合物的反应(KMnOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba)和浓硫酸(HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba所以gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba)通常被称为悍马的方法。氧化石墨可以通过这种方法gydF4y2Ba74年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba75年gydF4y2Ba]。表面剥落的床单因此高度氧化和特色残留环氧化合物,氢氧化物和羧酸组(gydF4y2Ba76年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba77年gydF4y2Ba]。直到目前为止,rGO表可以通过各种类型的还原方法,如化学试剂还原(gydF4y2Ba78年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba86年gydF4y2Ba],光化学还原[gydF4y2Ba87年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba90年gydF4y2Ba],微波还原[gydF4y2Ba91年gydF4y2Ba减少)、热(gydF4y2Ba92年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba98年gydF4y2Ba),减少光热光谱分析(gydF4y2Ba99年gydF4y2Ba,gydF4y2BaOne hundred.gydF4y2Ba),和电化学还原gydF4y2Ba101年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba103年gydF4y2Ba]。许多减少代理是采用化学还原法,如肼(gydF4y2Ba104年gydF4y2Ba],强碱性介质[gydF4y2Ba83年gydF4y2Ba),维生素C或抗坏血酸(gydF4y2Ba105年gydF4y2Ba),牛血清白蛋白(BSA) [gydF4y2Ba85年gydF4y2Ba),细菌呼吸(gydF4y2Ba106年gydF4y2Ba),和氢碘酸gydF4y2Ba107年gydF4y2Ba]。氢碘酸是用来改变肼还原的反应使rGO薄膜由于其低毒性。尽管rGO电荷转移电阻比纯石墨烯由于缺陷和残余氧合团体的存在,可防守的电子和光电特性通过化学反应(gydF4y2Ba108年gydF4y2Ba)和复合掺入的可行性(gydF4y2Ba109年gydF4y2Ba)可以提供的活性表面。gydF4y2Ba

1.2.2。三维石墨烯的制备gydF4y2Ba

有各种各样的要求根据不同的应用程序来满足他们;三维(3 d)石墨烯与各种形态、结构和属性是通过大量的设计和合成方法。gydF4y2Ba

有各种各样的策略,但自组装是最常见的一种自下而上的纳米技术。石墨烯自然成为一个多才多艺的自组装纳米构件实现层次微观结构和新颖的功能由于其独特的结构和性能gydF4y2Ba110年gydF4y2Ba]。生产三维石墨烯结构的一个常见例子是通过减少去分散紧随其后的凝胶化过程将去rGO [gydF4y2Ba111年gydF4y2Ba]。冻干去分散显示了一个3 d网络组成的表,如图所示的SEM图像(图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。去表可以很好地分布在水性溶剂由于范德华吸引力之间的力平衡的基底平面的床单和官能团的静电斥力的表。一旦这个力平衡被打破,凝胶的色散。在凝胶过程中形成三维设计的水凝胶,去表互相重叠。3 d rGO网络得到进一步降低后水凝胶。许多方法被用来启动的凝胶分散,例如,添加cross-linkers [gydF4y2Ba112年gydF4y2Ba),改变pH值的分散(gydF4y2Ba112年gydF4y2Ba),或去分散的声波降解法gydF4y2Ba113年gydF4y2Ba]。与此同时,很多其他材料也一直在探索cross-linkers走表的自组装,如DNA (gydF4y2Ba114年gydF4y2Ba),金属离子(gydF4y2Ba115年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba117年gydF4y2Ba),聚合物(gydF4y2Ba118年gydF4y2Ba),有机分子(gydF4y2Ba119年gydF4y2Ba]。除了的凝胶化过程分散,其他方法如冷冻干燥(gydF4y2Ba120年gydF4y2Ba)、磁带铸造(gydF4y2Ba121年gydF4y2Ba),控制过滤(gydF4y2Ba122年gydF4y2Ba[],离心的分散gydF4y2Ba123年gydF4y2Ba),电化学沉积gydF4y2Ba124年gydF4y2Ba),和溶胶-凝胶反应gydF4y2Ba125年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba126年gydF4y2Ba)也被用来获得三维石墨烯材料。gydF4y2Ba

另一种方法,可以准备三维石墨烯被称为template-assisted方法。这种方法的优点是,它可以获得三维石墨烯与更多控制的形态和属性,因为预先设计的使用三维模板,如CVD方法(gydF4y2Ba127年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba129年gydF4y2Ba]。例如,三维石墨烯网络使用商用成功合成了泡沫镍作为模板和催化剂(gydF4y2Ba127年gydF4y2Ba]。泡沫的合成石墨烯及其与聚合物的集成见图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。作者选择了泡沫镍,多孔结构的相互关联的三维支架镍、石墨烯泡沫的增长作为一个模板。然后,引入碳镍泡沫通过分解CHgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba在1000°C环境压力下,石墨烯电影然后在泡沫镍的表面沉淀。除了前面提到的泡沫镍,阳极氧化铝(gydF4y2Ba130年gydF4y2Ba),分别以gydF4y2Ba131年gydF4y2Ba),镀镍正交光致抗蚀剂膜(gydF4y2Ba132年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba133年gydF4y2Ba),金属纳米结构(gydF4y2Ba134年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba135年gydF4y2Ba),和金属盐(gydF4y2Ba136年gydF4y2Ba)也被用作模板来合成三维石墨烯。gydF4y2Ba

此外,三维石墨烯结构的直接沉积plasma-enhanced CVD (PECVD) "方法(gydF4y2Ba137年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba139年gydF4y2Ba)是一个简单的策略,非盟和不锈钢。三维石墨烯形成以来,石墨烯是垂直生长基质和相互联系的。结果,该方法获得的材料坚决坚持底物。gydF4y2Ba

2。石墨烯光电极的应用gydF4y2Ba

非常的光电极通常由透明导电玻璃或塑料衬底上的涂料TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba层是涂层。重要的是要增加染料分子的加载,扩大染料/电解液的界面面积,并提高电子在半导体层的电导率与电荷复合竞争。石墨烯具有优良性能如透明度高,热稳定性好,室温下载流子迁移率高,和低阻抗水平(引起了极大关注gydF4y2Ba140年gydF4y2Ba]。最近,在光电极石墨烯透明导体材料也一直在探索,作为电子启动子在半导体层,和染料增敏剂添加剂。gydF4y2Ba

2.1。透明电极gydF4y2Ba

氧化铟锡(ITO)材料具有高导电性和高透光率在可见光谱,这就是为什么它被用作透明电极广泛得多。但ITO材料的问题是,它是在高温下的脆弱和不稳定。这就是为什么石墨烯已经出来作为替代材料,成本低,具有更好的性能比ITO材料没有任何限制(gydF4y2Ba141年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

王等人是最早的一个透明和导电石墨烯电极在2008年DSSCs [gydF4y2Ba142年gydF4y2Ba]。石墨烯膜制造通过剥离氧化石墨和热合成的血小板减少。作为透明电极,固态DSSCs基于spiro-OMeTAD和多孔TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba装配式如图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。石墨烯的功函数是低于柜台的金电极,因此资格申请的透明阳极DSSCs作为显示在图gydF4y2Ba6(一)gydF4y2Ba。0.26%的效率得到当石墨烯薄膜的Rs 1.8 kΩ/平方,透光率为72%(550海里)作为阳极电极。DSSC的低效率是声称是由于低质量的石墨烯薄膜gydF4y2Ba142年gydF4y2Ba]。此外,few-layer SiO石墨烯薄膜gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba基板是由黄等人利用化学气相沉积环境压力。制备石墨烯电影取得了4.25%的能量转换效率,与其说是不同于FTO反电极(gydF4y2Ba143年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2.2。半导体层gydF4y2Ba

增加目前DSSC的性能,添加了石墨烯提高电荷收集的半导体(gydF4y2Ba144年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba146年gydF4y2Ba]。石墨烯的功函数,约-4.4 eV, TiO的导带之间gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和伊藤的功函数。这个好处抑制电荷复合的快速收集电子在阳极(gydF4y2Ba147年gydF4y2Ba]。另一方面,可见光辐照可以激发价电子从石墨烯TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba石墨烯/ TiO导电带gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba接口基于理论研究[gydF4y2Ba148年gydF4y2Ba),导致电子空穴对分离。此外,石墨烯/ TiO的导电渗流阈值gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba层只有在石墨烯负载(1卷%gydF4y2Ba149年gydF4y2Ba]。然而,复合膜的透光率随石墨烯含量增大而减小;因此,最大效率,需要获得最优值(gydF4y2Ba149年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba150年gydF4y2Ba]。除了增强导电性,石墨烯的大表面积提高了加载和分散染料分子。石墨烯过程理论表面面积2630 mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba显示了巨大的潜力,是一种理想的支架材料与增强界面接触即使用于少量(gydF4y2Ba151年gydF4y2Ba]。据报道,石墨烯表面能与染料分子结合,如卟啉。然后,光电流产生光致辐照时经历了能源和电子转移(gydF4y2Ba152年gydF4y2Ba]。此外,光散射在光电阳极也可以增强形成石墨烯/ TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba复合多孔网络(gydF4y2Ba149年gydF4y2Ba]。因此,利用石墨烯/ TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba随着光电阳极,效率增加了使用商业P25 TiO高出39%gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba这是4 - 7% (gydF4y2Ba149年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

有很多方法,石墨烯已经纳入半导体薄膜。金等人报道了UV-assisted光催化还原的氧化石墨烯/ TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba纳米粒子。在FTO和纳米晶体TiO的差距gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,制备石墨烯/ TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba应用作为界面层(gydF4y2Ba153年gydF4y2Ba]。因为graphene-TiO粗糙度低gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,它提供了更好的附着力比正常的界面层FTO和TiO之间gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba。太阳能电池显示PCE的5.26%,高于没有阻挡层(gydF4y2Ba )。gydF4y2Ba陈等人也用类似的方法增加DSSCs的性能。他们在FTO spin-coated石墨烯有助于防止电荷的复合FTO和TiO之间gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba144年gydF4y2Ba]。由于这个原因,效率略从5.80%提高到了8.13%。gydF4y2Ba

石墨烯还可以用作电流收集器。杨等人结合二维石墨烯TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba纳米结构,旨在增加光收集,防止电荷复合,从而提高电荷运输率(gydF4y2Ba154年gydF4y2Ba]。Bavir和法塔赫TiO的复合gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和石墨烯取代TiO的光电极gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba氧化锌复合材料(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。与TiO DSSCgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba石墨烯作为光电极显示更高效率的9.3%比TiO的(6.5%)gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba氧化锌光电极。表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba总结的光伏特性DSSCs用石墨烯纳入半导体层制作的。gydF4y2Ba

等人用rGO和TiO低gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba纳米复合材料是光电阳极(gydF4y2Ba155年gydF4y2Ba]。他们试图找出TiO的最佳数量gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在rGO光电阳极最大效率。0.3 wt %的TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2BarGO显示最大光电流一代效率。rGO有限能力从太阳吸收可见光照明,,只有2.3%。添加TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba提高rGO吸收光的能力。这里,合成了氧化石墨烯通过提高锤从石墨片的方法。在H酸gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba所以gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba:HgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba阿宝gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba(9:1),混合的石墨片(1.5克)和KMnOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba(9.0 g)倒了,用冷水反应进行。整个反应在正常进行冷水(< 20°C),激起了24小时。通过添加3毫升的HgydF4y2Ba_2gydF4y2BaOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba混合物,氧化过程停止。混合的颜色变成浅褐色显示高氧化石墨。去上层清液离心去除。盐酸和DI,剩余的固体,在烤箱36小时洗净晾干。干粉末再添加水(3毫克/毫升)。然后,肼(1gydF4y2BaμgydF4y2BaL为3毫克的)被添加到混合,并添加更多的热量,这是浸油浴,石油在80°C。获得的混合物在过去是优质RGO。TiO的准备gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba、方式确定作为前体和precipitation-peptization方法使用。混合物是由加10毫升的方式确定然后40毫升的丙醇溶液搅拌30分钟。另一个混合物是由添加5毫升的醋酸、丙醇10毫升,一滴Triton x - 100到纯净水。这种混合搅拌30分钟。第一个混合然后慢慢添加到第二个混合1毫升/分钟的速度。最后,TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba解决方案是通过搅拌2小时的混合物。不同的样本是由添加各种TiO的数量gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(0.1,0.2,0.3,0.4,和0.5 wt % TiO的gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba分别)解决方案到RGO解决方案和干到烤箱烤24小时。样品被教廷在450°C 2小时。图gydF4y2Ba7(一)gydF4y2BaDSSC的显示了完整的工作示意图在光辐照过程。起初,光子×n - 719染料的吸附将从染料分子,年代,激发态(gydF4y2Ba )gydF4y2Ba收获期间DSSCs辐照是1.5条件下。然后,一个电子被迅速(ps或fs)宽禁带半导体。之后,从n - 719染料受激电子,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba注入TiO的吗gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba-rGO光电阳极,而另一个gydF4y2Ba收集的FTO玻璃流过外部电路的阴极(石墨)前往FTO玻璃。最后,电子通过电解质氧化还原反应gydF4y2Ba^{- - - - - -gydF4y2Ba}/我gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba^{- - - - - -gydF4y2Ba}减少氧化gydF4y2Ba到最初的状态。DSSC wt TiO的0.3%的性能gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和RGO光电阳极有最大效率为7.2%,gydF4y2Ba马的28.36厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba(图0.54,ff 0.47gydF4y2Ba7 (b)gydF4y2Ba)。这主要是因为更高的概率捕获和传输电子光电极的高电导性条件。形成的导电率是最大化,因为rGO和TiO之间gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba;因此,rGO显示了很高的导电性和TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba具有较高的光催化特性。gydF4y2Ba

唐等人提出了一个分子嫁接方法开发一个光电阳极剥离石墨烯(GS)附加到TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba纳米石墨烯的矩阵表是化学TiO的清新,和化学吸附gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba矩阵(图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba147年gydF4y2Ba]。降低石墨烯的导电性和良好TiO的附件gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba可以通过控制化学剥离过程的氧化时间。不仅证明了通过添加去提供了有效的电子传输路径也增加染料加载的电影,导致增加光电流。的graphene-implanted TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba显示1.68%的转换效率。石墨烯也报道称使用全氟磺酸然后融入TiO分散gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba由异质凝结粒子粒子(gydF4y2Ba156年gydF4y2Ba]。众所周知,P25颗粒和石墨烯过程相反的ζ电位;因此,TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba纳米颗粒与石墨烯的表面通过强烈的静电吸引力。DSSC P25纳米颗粒显示gydF4y2Ba马的5.04厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba和PCE的2.7%。在0.5 wt %的石墨烯,gydF4y2Ba马从66%上升到8.38厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,导致4.28%的效率。作者提出,建立表面形态增加可用的站点,而电子穿过长平均自由路径没有recombination-extended电子寿命。因此,性能提高。图gydF4y2Ba9(一个)gydF4y2Ba显示了对石墨烯的显像,薄,和部分叠加而包含皱纹和卷边。图gydF4y2Ba9 (b)gydF4y2Ba显示了石墨烯和电动电势曲线P25颗粒乙醇。石墨烯的电动电势是-42 mV, P25 15 mV。显然,相反因为强劲的潜力在材料、P25的颗粒倾向于绑定在石墨烯的表面。图gydF4y2Ba9 (c)gydF4y2Ba显示了DSSCs使用P25的EIS光谱和P25-graphene电极的应用偏差gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba在高频区域,中频区域,有两个定义良好的半圆形。电子转移过程的加速度在影片中光电阳极可以从减少大小的半圆P25-graphene电极的高频区域比P25电极。如图gydF4y2Ba9 (d)gydF4y2Ba石墨烯的功函数在4.42到-4.5之间。这意味着可能的电子从导带P25石墨烯。然后,通过石墨烯的电子转移和收集FTO眼镜。gydF4y2Ba

科里奇和Turkdogan DSSC的结果相比FTO / 3 d-zno-based光电阳极,石墨烯/ 3 d-zno-based光电阳极(gydF4y2Ba157年gydF4y2Ba]。添加石墨烯光电阳极的孔隙率增加,有助于增加电荷转移。石墨烯的合成石墨先将它化为氧化石墨烯,然后转化为石墨烯片修改过的悍马的方法。这种石墨烯当时FTO衬底上浸涂。然后,通过简单水热生长法,3 d-zno是生长在石墨烯。DSSC的效率与石墨烯/ 3比使用纯氧化锌作为光电阳极d-zno大幅增加,这从5.117%提高到6.628%。因为良好的石墨烯之间的互联互通和快速电荷传输和3 d-zno纳米结构,有一个增长29.4%在石墨烯/氧化锌光电阳极DSSC DSSC相比传统氧化锌电极和Pt CE。这是证明了石墨烯层增加了外部量子效率与更多的电荷载体收集通过更好的对齐的能带结构,从而降低电荷复合率。gydF4y2Ba

2.3。染料敏化剂gydF4y2Ba

有两个要求,一个有效的敏化剂DSSC:(1)应该有能力吸收广泛的太阳光谱,和(2)必须尽快转移到半导体电子从基态脚手架。传统上,钌polypyridyl和量子点作为增敏剂对DSSC光电阳极。据报道,石墨烯具有工作能力作为光敏剂因为电荷注入TiO的石墨烯材料gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba可能发生的。然而,石墨烯的性能在这个角色很差。然而,他们最近在热注入承诺所示gydF4y2Ba158年gydF4y2Ba),显示了有前途的能力超越固有的Shockley-Queisser效率极限电流设备结构。gydF4y2Ba

燕等人伪造DSSC首次使用石墨烯材料敏化(gydF4y2Ba159年gydF4y2Ba]。石墨烯量子点(GQDs),有一个直径从1到30海里,有一个吸收最大值591海里被用于这个设备。消光系数是10gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba,几乎是比N719高出一个数量级。图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba显示了使用策略进行大的石墨烯量子点可溶。除此之外,HOMO水平被发现小三碘化比碘/氧化还原电位和LUMO水平高于TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba传导带,表明注入的电子和染料再生都是可能的。也证明了同一组,控制分子的大小可以调整的能带隙GQD和改变其功能化可以调整氧化还原电位(gydF4y2Ba160年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Zamiri阿訇也试图利用石墨烯材料的综合效应和量子规格的属性增加DSSC效率(gydF4y2Ba161年gydF4y2Ba]。GQD few-graphene-layer 100纳米的大小。他们的结合量子规格的点和石墨烯的独特性质。边缘,GQDs官能团很好,因为他们有一个惊人的水溶性。通过将多个涂料氧化锌纳米颗粒的FTO眼镜然后还沉浸在n - 719和GQDs,氧化锌纳米颗粒的厚度的影响在DSSC的性能进行了研究。光电阳极的电流-电压测试证实了40gydF4y2BaμgydF4y2Ba米厚度显示最高效率随着厚度增加,因为更多的光敏剂分子出现在半导体层吸收阳光。研究不同敏化氧化锌光电阳极的效果,这是沉浸在不同的时间不同的敏化。电流-电压测试显示,如果浸泡时间长,将吸收更多的敏化,有助于提高光收集效率,最终导致增加DSSC的效率。gydF4y2Ba

Esmaeili Gaznagi试图添加石墨烯在那些传统的增敏剂来提高效率(gydF4y2Ba162年gydF4y2Ba]。他们做了两个样品的实验。在第一个示例中,他们只是添加石墨烯TiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba阻挡层,在第二个示例中,他们增加了石墨烯在ruthenium-based染料溶液。作者表明,加载在孤独的阻挡层和TiO石墨烯gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba粘贴和dye-deposited阻挡层提高了转换效率,电荷收集效率,大厅载体浓度、流动等。这些改进是归因于载体浓度的增加,提高了电荷转移,减少电荷复合由于graphene-functionalized接口的存在。也许最大的石墨烯材料的作用作为一个DSSC敏化剂将在一个场景中,利用量子效应和允许超速注入为了克服传统设备固有的局限性。gydF4y2Ba

3所示。结论和展望gydF4y2Ba

色素增感太阳能电池作为一种新颖的光电技术,(DSSCs)有可能与传统的太阳能电池。与硅太阳能电池相比,他们对杂质在制造过程中,它加速过渡从实验室到大规模生产线。石墨烯,成为一个最独特的材料,最近在DSSC广泛探索提高效率和降低成本。石墨烯一直在广泛地探讨DSSCs光电极。它显示了巨大的潜力来改变太阳能产业的经济和性能。考虑到光电极,相信正确数量的石墨烯添加可能真的在特定情况下增强光电流。根据报告结果,非常明显的是,石墨烯材料将发挥关键作用增强DSSCs的效率。然而,随着研究的发展,我们应该永远记住,石墨烯可以根据不同的生产流程和各种属性中的每个可能有利于不同地区的太阳能电池。下一阶段的研究,将石墨烯材料更高的相关性在DSSC社区,将在本文研究改进讨论是否可以延续当前的最佳设备。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明没有竞争的经济利益。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

伙夫,S.R., and W.W. thank the support from Wichita State University. H.W. thanks the support from Conn Center for Renewable Energy Research and University of Louisville.

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