Модификация перовскитных и сенсибилизированных красителем солнечных элементов плазмонными наночастицами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Солнечные элементы, сенсибилизированные красителем, и перовскитные солнечные элементы могут работать в условиях низкой и рассеянной солнечной радиации, что делает их перспективными кандидатами для замены доминирующих на рынке фотопреобразователей на основе кремния. Эффективность таких устройств во многом определяется морфологией электронпроводящих фотоэлектродов. Одной из стратегий для ее повышения является встраивание в фотоэлектродный слой наночастиц Ag и Au . Они, благодаря явлению поверхностного плазмонного резонанса, усиливают рассеяние подающего света и влияют на механизм трансфера электронов в зону проводимости полупроводника, что приводит к возрастанию электрического тока, генерируемого солнечным элементом. В представленной работе рассмотрено влияние ряда параметров встраиваемых наночастиц на эффективность фотопреобразователей, таких как размер, форма и диэлектрическое окружение. Показано, что использование биметаллических соединений Ag-Au, Ag-Cu и гетерогенных структур различного вида позволяет достичь более высокого КПД солнечных элементов по сравнению с устройствами, модифицированными монометаллическими наночастицами.

Об авторах

Дарья Антоновна Рыжкова

Хакасский государственный университет имени Н.Ф. Катанова

Email: bashkova.daria@yandex.ru
аспирант четвертого года обучения, старший преподаватель кафедры математики, физики и информационных технологий

Арина Александровна Череповская

Хакасский государственный университет имени Н.Ф. Катанова

студент магистратуры 2 курса обучения кафедры математики, физики и информационных технологий

Список литературы

  1. Никольская, А.Б. Эффективность преобразования перовскитных и сенсибилизированных красителем солнечных элементов при различных интенсивностях солнечного излучения / А.Б. Никольская, С.С. Козлов, М.Ф. Вильданова, О.И. Шевалеевский // Журнал технической физики. - 2019. - Т. 53. - Вып. 4. - С. 550-554. doi: 10.21883/FTP.2019.04.47456.9023.
  2. Антуш, М. Применение фото-анода на основе TiO2/красителя N719 в сенсибилизированном красителем солнечном элементе и анализ его характеристик / М. Антуш, С.А. Григорьев, В.М.А.Э. Руби, П. Мийе // Электрохимия. - 2020. - Т. 56. - № 11. - С. 1024-1033. doi: 10.31857/S0424857020100023.
  3. Kou, Y. Unique dye-sensitized solar cell using carbon nanotube composite papers with gel electrolyte / Y. Kou, T. Oya // Journal of Composites Science. - 2023. - V. 7. - I. 6. - Art.№. 232. - 13 p. doi: 10.3390/jcs7060232.
  4. Wanwong, S. The effect of co-sensitization methods between N719 and boron dipyrromethene triads on dye-sensitized solar cell performance / S. Wanwong, W. Sangkhun, J. Wootthikanokkhan // RSC Advances. - 2018. - V. 8. - I. 17. - P. 9202-9210. doi: 10.1039/c8ra00862k.
  5. Liang, A. The surface-plasmon-resonance effect of nanogold/silver and its analytical applications / A. Liang, Q. Liu, G. Wen, Z. Jiang // Trends in Analytical Chemistry. - 2012. - V. 37. - P. 32-47. doi: 10.1016/j.trac.2012.03.015.
  6. Lim, S.P. Essential role of N and Au on TiO2 as photoanode for efficient dye-sensitized solar cells / S.P. Lim, A. Pandikumar, H.N. Lim, N.M. Huang // Solar Energy. - 2016. - V. 125. - P. 135-145. doi: 10.1016/j.solener.2015.12.019.
  7. Kabir, D. Dye-sensitized solar cell with plasmonic gold nanoparticles modified photoanode / D. Kabir, T. Forhad, W. Ghann et. al. // Nano-Structures & Nano-Objects. - 2021. - V. 26. - Art. № 100698. - 6 p. doi: 10.1016/j.nanoso.2021.100698.
  8. Photiphitak, C. Effect of silver nanoparticle size on efficiency enhancement of dye-sensitized solar cells / C. Photiphitak, P. Rakkwamsuk, P. Muthitamongkol, C. Sae-Kung, C. Thanachayanont // International Journal of Photoenergy. - 2011. - V. 2011. - I. 1. - 8 p. doi: 10.1155/2011/258635.
  9. Sreeja, S. Plasmonic enhancement of betanin-lawsone co-sensitized solar cells via tailored bimodal size distribution of silver nanoparticles / S. Sreeja, B. Pesala // Scientific Reports. - 2020. - V. 10. - Art. № 8240. - 17 p. doi: 10.1038/s41598-020-65236-1.
  10. Shamsudin, N.H. Flexible back-illuminated dye sensitised solar cells (DSSCs) with titanium dioxide/silver nanoparticles composite photoanode for improvement of power conversion efficiency / N.H. Shamsudin, S. Shafie, M.Z.A. Ab Kadir et. al. // Optik. - 2023. - V. 272. - Art. № 170237. - 10 p. doi: 10.1016/j.ijleo.2022.170237.
  11. Chen, Y.-S. A new class of thiolated gold sensitizers delivering efficiency greater than 2% / Y.-S. Chen, H. Choi, P.V. Kamat // Journal of the American Chemical Society. - 2013. - V. 135. - I. 24. - P. 8822-8825. doi: 10.1021/ja403807f.
  12. Abbas, M.A. Ag(I)-thiolate-protected silver nanoclusters for solar cells: electrochemical and spectroscopic look into the photoelectrode/electrolyte interface / M.A. Abbas, S.J. Yoon, H. Kim et. al. // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2019. - V. 11. - I. 13. - P. 12492-12503. DIO: 10.1021/acsami.9b00049.
  13. Song, D.H. Multi-shaped Ag nanoparticles in the plasmonic layer of dye-sensitized solar cells for increased power conversion efficiency / D.H. Song, H.S. Kim, J.S. Suh, B.H. Jun, W.Y. Rho // Nanomaterials. - 2017. - V. 7. - I. 6. - Art.№ 136. - 11 p. doi: 10.3390/nano7060136.
  14. Joshi, D.N. Facile one-pot synthesis of multi-shaped silver nanoparticles with tunable ultra-broadband absorption for efficient light harvesting in dyesensitized solar cells / D.N. Joshi, P. Ilaiyaraja, C. Sudakar, R.A. Prasath // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2018. - V. 185. - P. 104-110. doi: 10.1016/j.solmat.2018.05.018.
  15. Selvapriya, R. Impact of coupled plasmonic effect with multishaped silver nanoparticles on efficiency of dye sensitized solar cells / R. Selvapriya, T. Abhijith, V. Ragavendran et. al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2022. - V. 894. - Art.№ 162339. - 26 p. doi: 10.1016/j.jallcom.2021.162339.
  16. Shahzad, N. Silver-copper nanoalloys-an efficient sensitizer for metal-cluster-sensitized solar cells delivering stable current and high open circuit voltage / N. Shahzad, F. Chen, L. He, W. Li, H. Wang // Journal of Power Sources. - 2015. - V. 294. - P. 609-619. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.06.124.
  17. Salimi, K. Plasmonic mesoporous core-shell Ag-Au@TiO2 photoanodes for efficient light harvesting in dye sensitized solar cells / K. Salimi, A. Atilgan, M. Y. Aydin et. al. // Solar Energy. - 2019. - V. 193. - P. 820-827. doi: 10.1016/j.solener.2019.10.039.
  18. Li, W. Alloying effect on performances of bimetallic Ag-Au cluster sensitized solar cells / W. Li, F. Chen // Journal of Alloys and Compounds. - 2015. - V. 632. - P. 845-848. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.01.306.
  19. Liu, Q. Au@Ag@Ag2S heterogeneous plasmonic nanorods for enhanced dye-sensitized solar cell performance / Q. Liu, Y. Sun, M. Yao et. al. // Solar Energy. - 2019. - V. 185. - P. 290-297. doi: 10.1016/j.solener.2019.04.079.
  20. Ai, B. Plasmonic-perovskite solar cells, light emitters, and sensors / B. Ai, Z. Fan, Z.J. Wong // Microsystems and Nanoengineering. - 2022. - V. 8. - Art. № 5. - 28 p. doi: 10.1038/s41378-021-00334-2.
  21. Mashrafi, M. Modeling the path to> 30% power conversion efficiency in perovskite solar cells with plasmonic nanoparticles / M. Mashrafi, M.H.K. Anik, M.F. Israt, A. Habib, S. Islam // RSC Advances. - 2023. - V. 13. - I. 28. - P. 19447-19454. doi: 10.1039/d3ra02589f.
  22. Mohammadi, M.H. Morphological investigation and 3D simulation of plasmonic nanostructures to improve the efficiency of perovskite solar cells / M.H. Mohammadi, M. Eskandari, D. Fathi // Scientific Reports. - 2023. - V. 13. - Art.№. 18584. - 12 p. doi: 10.1038/s41598-023-46098-9.
  23. Pathak, N.K. Plasmonic perovskite solar cells utilizing Au@SiO2 core-shell nanoparticles / N.K. Pathak, N. Chander, V.K. Komarala, R.P. Sharma // Plasmonics. - 2017. - V. 12. - I. 2.- P. 237-244. doi: 10.1007/s11468-016-0255-9.
  24. Omrani, M. Impacts of plasmonic nanoparticles incorporation and interface energy alignment for highly efficient carbon-based perovskite solar cells / M. Omrani, R. Keshavarzi, M. Abdi-Jalebi, P. Gao // Scientific Reports. - 2022. - V. 12. - Art. № 5367. - 10 p. doi: 10.1038/s41598-022-09284-9.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».