Um romance de WS2

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7762 (2023) Citar este artigo

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Um novo composto de dissulfeto de tungstênio-molibdênio e óxido de cobre 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 ultrassom simples e de baixo custo. A estrutura exclusiva dos WM@GQDs exibe 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 usado, o compósito WM@GQDs alcançou uma eficiência de 10,38%, que é maior do que a do caro CE de platina nas mesmas condições. O mecanismo por trás da eficiência de conversão de energia aprimorada (PCE) da amostra composta também é discutido em detalhes. Portanto, WM@GQDs pode ser um material eficiente para substituir a platina em DSSCs como um CE.

A iminente escassez de combustíveis fósseis devido ao crescimento anual da população e o impacto do crescimento econômico sustentado tornou a população global consciente da importância das energias renováveis. Dentre as diversas fontes de energia renovável, a energia solar é uma fonte de energia natural e sustentável que pode ser utilizada indefinidamente. Em geral, a tecnologia de células solares baseadas em silício continuará dominando o mercado global, mas os pesquisadores estão buscando soluções alternativas para atender às necessidades energéticas do setor industrial e reduzir os custos de produção para que a população mundial possa ter acesso à energia solar1. Uma dessas soluções são as células solares sensibilizadas por corantes (DSSCs), que são células de terceira geração devido ao seu baixo custo, métodos de fabricação simples e ecologicamente corretos2,3. As DSSCs consistem em um fotoânodo (um semicondutor com uma alta área de superfície específica para o corante adsorvido), um contraeletrodo (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 das DSSCs é que as moléculas de corante, após absorverem um fóton, são excitadas do estado fundamental para o estado excitado. Em seguida, um elétron é injetado na banda de condução (BC) do semicondutor e transportado por 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.

Como mencionado acima, o contraeletrodo (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 fotoelétrica6. No entanto, 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 o Pt. Diferentes tipos de materiais, como materiais à base de carbono8, polímeros orgânicos9, dicalcogenetos de metais de transição10, materiais à base de óxido11 e materiais à base de sulfeto12, foram investigados e mostraram excelente conversão de energia devido às suas propriedades eletroquímicas superiores.

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, dando-lhes propriedades de dimensão zero13. 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 (PPy) dopado com GQDs como contraeletrodo. O filme de PPy dopado com GQDs tem uma estrutura altamente porosa e exibe 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% GQDs apresentou a maior eficiência de conversão de energia (5,27%), que é maior do que um DSSC baseado em contra eletrodo de Pt.