对CuO和石墨烯嵌入的聚乙烯氧化物对应电极进行理论和实验研究,以获得高效的DSSC
Hend A Ezzat1, Hanan Elhaes2, Medhat A Ibrahim3,4
1Nanotechnology Unit, Space Lab, Solar and Space Research Department, National Research Institute of Astronomy and Geophysics (NRIAG), Helwan, 11421, Cairo, Egypt. hend.ezzat@nriag.sci.eg.
Scientific reports
|July 11, 2025
概括
一种新的聚乙烯氧化物/铜氧化物/石墨烯复合物提高了染料敏感太阳能电池 (DSSC) 的效率. 这种PEO/CuO/G反电极为下一代太阳能应用提供了更好的导电性和性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 可再生能源可再生能源是可再生能源.
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 染料敏感太阳能电池 (DSSCs) 是具有成本效益的光伏设备.
- 计数电极 (CE) 的性能对于DSSC的效率至关重要.
- 现有的CE通常在导电性和催化活性方面面临限制.
研究的目的:
- 研究聚乙烯氧化物 (PEO) /铜氧化物 (CuO) /石墨烯 (G) 复合物的协同效应,作为DSSC中的CE.
- 优化PEO/CuO/G复合材料以提高电子和电化学性能.
- 通过实验结果验证CE性能的理论建模.
主要方法:
- 密度函数理论 (DFT) 计算用于选PEO杂交的金属氧化物.
- 复合PEO/CuO/GCE的制造和表征.
- 使用SEM,导电性和粗度测量分析形态,电气,表面和电化学性能.
- 使用开发的CE,对DSSC进行光伏 (PV) 性能测试.
主要成果:
- DFT认为CuO是增强PEO电子性能的最佳金属氧化物.
- 与PEO和PEO/CuO/G相比,PEO/CuO/G复合材料的电子性能显著改善 (TDM:18.7938 Debye,∆E:0.2566 eV) 和PEO和PEO/CuO相比.
- 优化的PEO/CuO/G CE显示出优越的电导率 (12.56 S/m) 和表面粗度 (8.1 μm).
- DSSC的效率从4.33% (PEO) 提高到6.42% (PEO/CuO/G),在Jsc和FF方面有显著的改善.
结论:
- 该PEO/CuO/G复合物作为DSSC的高效CE,利用CuO的催化特性和石墨烯的导电性.
- PEO,CuO和G的协同集成导致增强的电荷转移和减少的重组.
- 这种复合材料是一个有希望的低成本,高性能的CE材料,用于推进太阳能技术,包括航空航天应用.
