Um romance de WS2

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7762 (2023) Citar este artigo

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Um novo composto de óxido de cobre dissulfeto de tungstênio-molibdênio suportado com pontos quânticos de grafeno (WM @ GQDs) foi sintetizado como um contra-eletrodo (CE) para células solares sensibilizadas por corante (DSSCs) usando um método de ultrassonicação simples e de baixo custo. A estrutura única dos WM@GQDs apresenta excelente eficiência de conversão de energia devido à sua alta atividade catalítica e propriedades de transporte de carga. Além disso, os pontos quânticos de grafeno (GQDs) fornecem locais mais ativos nos materiais de dimensão zero para uma reação redox I/I3− que pode melhorar as propriedades elétricas e ópticas do compósito. Os resultados indicam que a quantidade de GQDs no compósito afeta a eficácia dos dispositivos solares. Quando 0,9% em peso de GQDs foi utilizado, o compósito WM@GQDs alcançou uma eficiência de 10,38%, que é superior à do caro CE de platina nas mesmas condições. O mecanismo por trás da melhoria da eficiência de conversão de energia (PCE) da amostra composta também é discutido em detalhes. Portanto, WM@GQDs pode ser um material eficiente para substituir a platina em DSSCs como CE.

A iminente escassez de combustíveis fósseis devido ao crescimento anual da população e ao impacto do crescimento económico sustentado tornou a população mundial consciente da importância das energias renováveis. Dentre as diversas fontes de energia renováveis, a energia solar é uma fonte de energia natural e sustentável que pode ser utilizada indefinidamente. Em geral, a tecnologia de células solares à base de silício continuará a dominar o mercado global, mas os investigadores procuram soluções alternativas para satisfazer as necessidades energéticas do sector industrial e reduzir os custos de produção para que a população mundial possa aceder à energia solar1. Uma dessas soluções são as células solares sensibilizadas por corantes (DSSCs), que são células de terceira geração devido aos seus métodos de fabricação simples, de baixo custo e ecologicamente corretos2,3. Os DSSCs consistem em um fotoânodo (um semicondutor com alta área superficial específica para corante adsorvido), um contra-eletrodo (geralmente na forma de FTO com platina) e um eletrólito no espaço intereletrodo (feito de um solvente orgânico com um mediador redox). )4. Em geral, o princípio de funcionamento dos DSSCs é que as moléculas do corante, após absorverem um fóton, são excitadas do estado fundamental para o estado excitado. Em seguida, um elétron é injetado na banda de condução (CB) do semicondutor e transportado através de um circuito externo até o contraeletrodo. O corante oxidado é regenerado por um mediador redox, e o elétron doado do eletrodo de trabalho reduz as espécies redox. O ciclo é então fechado e repetido até que ocorra a iluminação5.

Conforme mencionado acima, o contra-eletrodo (CE) é essencial para o bom funcionamento dos DSSCs. A platina (Pt) é o CE mais utilizado em DSSCs devido ao seu excelente desempenho eletrocatalítico e alta condutividade, o que leva a alta eficiência na transformação fotoelétrica . Porém, a Pt é um metal precioso e sua estabilidade é insuficiente, o que pode fazer com que ela reaja com o eletrólito ao longo do tempo7. Além disso, seu alto custo limita a produção em larga escala de DSSCs para uso nos setores doméstico e industrial. Portanto, os pesquisadores estão buscando urgentemente materiais alternativos para substituir a Pt. Diferentes tipos de materiais, como materiais à base de carbono8, polímeros orgânicos9, dichalcogenetos de metais de transição10, materiais à base de óxidos11 e materiais à base de sulfeto12, foram investigados e mostraram excelente conversão de energia devido às suas propriedades eletroquímicas superiores.

Os pontos quânticos de grafeno (GQDs) são materiais promissores de pontos quânticos baseados em carbono que são compostos principalmente de átomos hibridizados sp2 de folhas de grafeno de tamanho nanométrico, conferindo-lhes propriedades de dimensão zero . Os GQDs têm várias propriedades desejáveis, incluindo inércia química, biocompatibilidade, propriedades fotoluminescentes estáveis, baixa resistência e boa reversibilidade redox. Em 2013, Chen et al.14 sintetizaram polipirrol dopado com GQDs (PPy) como contraeletrodo. O filme PPy dopado com GQDs tem uma estrutura altamente porosa e apresenta maior densidade de corrente catalítica e menor resistência à transferência de carga do que o PPy sozinho em relação à reação redox I3-/I-. O DSSC com PPy dopado com 10% de GQDs apresentou a maior eficiência de conversão de energia (5,27%), superior à de um DSSC baseado em contra-eletrodo de Pt.