Las células solares de perovskita y los puntos cuánticos (QD) desempeñan un papel importante en la mejora de la eficiencia de las células solares. En un artículo publicado recientemente en Informes científicosLos investigadores sintetizaron óxido de zinc recubierto con óxido de titanio (TiO2ZnO) nanocompuestos y su aplicación para la fabricación de celdas solares y verificación de su eficiencia.
estancia: Síntesis y evaluación del compuesto. [email protected] Puntos cuánticos en células solares nanocristalinas de perovskita híbrida. Haber de imagen: nevodka/Shutterstock.com
Aumento de la eficiencia en las células solares.
Las células solares están ganando protagonismo con la creciente demanda de fuentes de energía renovables. En comparación con las células solares de silicio, las células solares de perovskita orgánica son una mejor fuente alternativa de energía debido a su fácil instalación, fabricación rentable y componentes económicos. Los nanomateriales como los QD han ganado gran interés en el pasado reciente debido a sus propiedades ópticas. Además, las bandas prohibidas sintonizables de los QD son favorables para su aplicación en células solares.
Los QD son cristales semiconductores con un rango de nanoescala entre 1 y 10 nm. Los materiales semiconductores tienen una conductividad eléctrica entre materiales conductores y no conductores.
Como las células solares de perovskita constan de varias capas formadas por óxido de titanio (TiO) compacto y de poro medio.2) una capa absorbente de luz de perovskita, un electrodo (Au) y una capa de transferencia de orificios, los estudios sobre células solares de perovskita se pueden realizar en cualquier parte de la célula. Además, la incorporación de nanomateriales en algunas de estas capas puede aumentar la eficiencia general de las células solares.
TiO2Tweet incrustado
En este estudio, los investigadores sintetizaron TiO22Compuesto de ZnO y propiedades de donación de electrones estudiadas en una celda solar de perovskita utilizando QD de TiO2 y ZnO.
Han producido una fuente de energía limpia aplicando las ventajas de la nanotecnología en la preparación de células solares eficientes. TiO compuesto2El nanocompuesto @ZnO ha sido explorado por sus aplicaciones y eficiencia al variar las proporciones de TiO22 y ZnO QD. A pesar de la eficiencia reportada del TiO fabricado2La celda solar de ZnO representa el 5%, y esta eficiencia se puede incrementar optimizando las condiciones de fabricación como la ubicación óptima de las celdas o combinándolas con otros materiales.
Resultados de la investigacion
Los resultados de espectroscopía infrarroja (FT-IR) para ZnO mostraron picos a 447 cm inversa correspondiente a la vibración Zn-O, inversa 705 cm correspondiente a Zn-hidroxilo (OH), 1352 cm inversa correspondiente al carbonilo (C=O) enlace en acetato de zinc, 1487 cm inversa unida a un enlace alqueno (C = C) de acetato de zinc, 1577 cm inversa correspondiente a la vibración de expansión del alquilo (CH) en acetato de zinc y 3294 cm inversa correspondiente al enlace OH.
En el espectro infrarrojo del dióxido de titanio2 QDs, el pico ancho a 3000-3400 cm inverso corresponde a la vibración de estiramiento OH, que representa la presencia de moléculas de agua. El pico a 1627 cm estaba inversamente relacionado con la vibración extendida de C=O en los carboxilatos de titanio, formados como resultado de una reacción entre el isopropóxido de titanio y el etanol presente con TiO2.2 QD. Los picos observados en 1047 pertenecen al grupo Ti-Oxígeno(O)-carbono (C) y los de 474 y 800 cm Ti-O inverso en TiO2.
Imágenes de microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM) mostraron que TiO22 Los QD tienen una morfología esférica con tamaños de partículas entre 6 y 8 nm. Las partículas mostraron aglomeración de QDs. Los QD de ZnO también mostraron una morfología esférica con tamaños de partículas entre 5 y 9 nm.
Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) mostraron que el tamaño de partícula promedio de TiO22 Los QD fueron de alrededor de 7 nm, lo que indica la presencia de TiO22 Los QD son de diferentes tamaños. Las imágenes TEM también revelaron que el tamaño de partícula promedio de los QD de ZnO era de aproximadamente 6 nm.
El espectro de difracción de rayos X (XRD) reveló picos de 2θ a 25,3, 38,0, 48,1, 54,2, 55,1, 62,8, 68,9, 70,4 y 75,3 para los niveles de cristal de TiO2 Indicadores de anatasa (101), (004), (200), (105), (211), (204), (116), (220), (107). Además, los picos de difracción en los patrones ZnO XRD mostraron dos picos en 31.68, 34.35, 36.09, 47.36, 56.48, 62.70, 66.23, 67.87, 68.99 y 76.77 con las páginas cristalinas (100), (002), 101, (102) y (110), (103) y (112), (201).
El análisis de corriente-voltaje ayudó a determinar la eficiencia de la celda, el factor de llenado de la celda y la corriente de cortocircuito del voltaje de circuito abierto. La fabricación de tres células solares de perovskita arrojó los mejores resultados en una proporción de 2:1 de TiO22: ZnO, que fue del 5,21 %, para una proporción de 1:1 de TiO22: ZnO fue 2.3% y para 2:1 [email protected]2fue del 3,7%.
conclusión
En conclusión, los investigadores sintetizaron TiO22compuesto de ZnO y estudió las aplicaciones de estos compuestos con proporciones variables de TiO22 y ZnO QD. Reportan 5% de eficiencia en celdas solares hechas de TiO22Compuesto de ZnO con una relación de 2:1, lo que indica la presencia de TiO2 Más adecuado que el ZnO para aumentar la eficiencia y la movilidad de los electrones.
La eficiencia general de esta celda solar se puede aumentar combinándola con otros materiales u optimizando las condiciones. Formas adicionales de aumentar la eficiencia han incluido el uso de compuestos básicos de exoesqueleto. [email protected] Compuestos y Celdas Solares Tandem con TiO22compuestos de ZnO.
referencia
Najin Bzhuly, Jamal Rahimi, Farzam Hasti y Ali Maleki. (2022). Síntesis y evaluación del compuesto TiO2.2Puntos cuánticos de ZnO en una célula solar de perovskita híbrida nanoestructurada. Informes científicos. https://doi.org/10.1038/s41598-022-13903-w
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