WS2의 소설

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7762(2023) 이 기사 인용

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그래핀 양자점(WM@GQDs)으로 지원되는 새로운 이황화 텅스텐-몰리브덴 구리 산화물 복합재는 간단하고 저렴한 초음파 처리 방법을 사용하여 염료 감응형 태양 전지(DSSC)용 상대 전극(CE)으로 합성되었습니다. WM@GQD의 독특한 구조는 높은 촉매 활성과 전하 수송 특성으로 인해 탁월한 전력 변환 효율을 나타냅니다. 또한, 그래핀 양자점(GQD)은 복합재의 전기적 및 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 I/I3- 산화환원 반응을 위해 0차원 재료에 더 많은 활성 사이트를 제공합니다. 결과는 복합체 내 GQD의 양이 태양광 장치의 효율성에 영향을 미친다는 것을 나타냅니다. 0.9%wt의 GQD를 사용한 경우 WM@GQDs 복합재는 10.38%의 효율을 달성했는데, 이는 동일한 조건에서 고가의 백금 CE보다 높은 수치입니다. 복합 샘플의 향상된 전력 변환 효율(PCE) 뒤에 숨은 메커니즘도 자세히 설명합니다. 따라서 WM@GQD는 CE로서 DSSC의 백금을 대체할 수 있는 효율적인 재료가 될 수 있습니다.

매년 인구 증가와 지속적인 경제 성장의 영향으로 인해 화석 연료가 부족해지면서 전 세계 인구는 재생 에너지의 중요성을 인식하게 되었습니다. 다양한 재생에너지원 중에서 태양에너지는 무한정 이용이 가능한 자연적이고 지속가능한 에너지원이다. 일반적으로 실리콘 기반 태양전지 기술은 계속해서 세계 시장을 지배할 것이지만, 연구자들은 산업 부문의 에너지 요구를 충족하고 생산 비용을 줄여 세계 인구가 태양 에너지에 접근할 수 있도록 대체 솔루션을 찾고 있습니다1. 그러한 솔루션 중 하나는 저렴하고 단순하며 환경 친화적인 제조 방법으로 인해 3세대 셀인 염료 감응형 태양 전지(DSSC)입니다2,3. DSSC는 광양극(흡착된 염료에 대해 높은 비표면적을 갖는 반도체), 상대 전극(보통 백금이 포함된 FTO 형태), 전극 간 공간의 전해질(산화환원 매개체가 있는 유기 용매로 구성됨)로 구성됩니다. )4. 일반적으로 DSSC의 작동 원리는 염료 분자가 광자를 흡수한 후 바닥 상태에서 여기 상태로 여기되는 것입니다. 그러면 전자가 반도체의 전도대(CB)에 주입되어 외부 회로를 통해 상대 전극으로 이동하게 됩니다. 산화된 염료는 산화환원 매개체에 의해 재생되고, 작업 전극에서 기증된 전자는 산화환원 종을 감소시킵니다. 그런 다음 사이클이 닫히고 조명이 발생할 때까지 반복됩니다5.

위에서 언급한 바와 같이, DSSC의 적절한 기능을 위해서는 상대전극(CE)이 필수적입니다. 백금(Pt)은 뛰어난 전기촉매 성능과 높은 전도성으로 인해 DSSC에서 가장 널리 사용되는 CE이며, 이로 인해 광전 변환 효율이 높아집니다6. 그러나 Pt는 귀금속이므로 안정성이 부족하여 시간이 지남에 따라 전해질과 반응할 수 있습니다7. 또한, 높은 비용으로 인해 가정 및 산업 부문에서 사용하기 위한 DSSC의 대규모 생산이 제한됩니다. 따라서 연구자들은 Pt를 대체할 대체 물질을 시급히 찾고 있다. 탄소 기반 물질8, 유기 폴리머9, 전이 금속 디칼코게나이드10, 산화물 기반 물질11, 황화물 기반 물질12과 같은 다양한 종류의 물질이 연구되었으며 우수한 전기화학적 특성으로 인해 우수한 전력 변환을 보여주었습니다.

그래핀 양자점(GQD)은 주로 나노미터 크기 그래핀 시트의 sp2 혼성 원자로 구성되어 0차원 특성을 제공하는 유망한 탄소 기반 양자점 재료입니다. GQD는 화학적 불활성, 생체적합성, 안정적인 광발광 특성, 낮은 저항, 우수한 산화환원 가역성을 비롯한 여러 가지 바람직한 특성을 가지고 있습니다. 2013년에 Chen et al.14은 상대 전극으로 GQD가 도핑된 폴리피롤(PPy)을 합성했습니다. GQDs가 도핑된 PPy 필름은 다공성 구조를 가지며 I3-/I- 산화환원 반응에 대해 PPy 단독보다 더 높은 촉매 전류 밀도와 더 낮은 전하 이동 저항을 나타냅니다. 10% GQD가 도핑된 PPy를 적용한 DSSC는 Pt 상대전극 기반 DSSC보다 높은 전력 변환 효율(5.27%)을 나타냈다.