Flugasche verstärkte die elektrokatalytischen Eigenschaften von PEDOT:PSS-Gegenelektroden für die Triiodidreduktion im Farbstoff

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 6012 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Zum ersten Mal wurde Flugaschefestabfall aus einem Kraftwerk in einer Solarzellenanwendung eingesetzt. Mithilfe einer Rakel wurde FTO-Glas mit einem Verbundfilm aus gemischter Flugasche und PEDOT:PSS (FP) beschichtet. In der aktuellen Forschung wurden XRD-, FTIR-, SEM-, EDX- und BET-Analysen verwendet, um die Kristallstruktur, Morphologie und funktionellen Gruppen von Flugasche aufzuklären. Unter Verwendung von Flugasche wurde eine Solarzelle mit besonders hohem Wirkungsgrad hergestellt. CV-, Tafel- und EIS-Analysen zeigten eine Abnahme des Ladungsübertragungswiderstands und eine erhöhte katalytische Aktivität in den Gegenelektroden. Die Leistung von DSSCs aus FP-Gegenelektroden variierte je nach Prozentsatz der vorhandenen Flugaschepartikel. Mit PEDOT:PSS gemischte Flugasche in einem Konzentrationsverhältnis von 2:5 g/ml zeigte eine hohe Effizienz von 4,23 %, was mit Pt-DSSCs (4,84 %) vergleichbar ist. Darüber hinaus stellte FP-2:5 eine effizientere Elektrode dar als Gegenelektroden aus PEDOT:PSS gemischt mit MoO (3,08 %) und CoO (3,65 %). Die Eignung dieses kostengünstigen CE-Materials für den Einsatz in DSSCs wurde nachgewiesen.

Farbstoffsolarzellen (DSSCs), eine alternative Form geplanter Siliziumsolarzellen, wurden aufgrund ihrer geringen Kosten, einfachen Herstellung, Einfachheit und Designvielfalt umfassend erforscht. In DSSCs besteht die Arbeitselektrode (WE) typischerweise aus porösen Titandioxid-Nanopartikeln mit N719-Farbstoff als Sensibilisator, einem Iodid (\({\text{I}}^{ - } \))/Triiodid (\({ \text{I}}_{3}^{ - }\)) Redoxelektrolyt und Platin (Pt) als Gegenelektrode (CE)1,2,3,4.

Derzeit besteht das Ziel bei der Entwicklung von DSSCs darin, eine hohe Effizienz zu erreichen und die Produktionskosten zu senken, was für Forscher neue Herausforderungen darstellt. Ruß5, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren6, leitfähige Polymere7, Aktivkohle8 und Metalloxidmaterialien9,10 sowie Sulfidmaterialien11 wurden aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit, chemischen Beständigkeit, elektrokatalytischen Eigenschaften und geringen Kosten als Ersatz für teures katalytisches Pt verwendet. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung neuartiger Pt-freier CE-Materialien, die sowohl kostengünstig als auch umweltfreundlich sind, sowie auf die Berücksichtigung des Abfallrecyclings durch Einbeziehung fester Abfälle aus Kraftwerken. In der Provinz Lampang im Norden Thailands nutzt das Kraftwerk Mae Moh große Mengen Kohle als Energiequelle. Dabei fallen große Mengen fester Abfälle in Form von Flugasche, Schlacke und Gips an. Allerdings sind die Mengen an Schlacke und Gips normalerweise deutlich geringer als die an Flugasche12. Die Entwicklung von Methoden zur Entfernung oder effektiven Nutzung von Flugasche war eine Herausforderung für Forscher. Derzeit wird Flugasche aufgrund ihrer hervorragenden Haftung, Korrosionsbeständigkeit und Druckfestigkeit hauptsächlich als Rohstoff für die Zement-, Betonproduktion und Bodenvergrößerung verwendet13,14. Alternativ gibt es keine Forschung, die Flugasche aus einem Kraftwerk für den Einsatz in Solarzellen verwendet hat. Dies kann an der schlechten Leitfähigkeit liegen. Seine hohe Elektrolytkorrosionsbeständigkeit und die einfache Bildung von Bindungen machen es jedoch zu einem attraktiven Material. Darüber hinaus wurde berichtet, dass die Verwendung von Flugasche als Verbundmaterial die Stabilität und die elektrokatalytischen Eigenschaften verbessern kann. Laut Thirumalai et al.15 weist beispielsweise mit Flugasche beladenes Zinkoxid aufgrund seiner größeren effektiven Oberfläche eine höhere elektrokatalytische Aktivität und elektrochemische Stabilität auf als reiner ZnO-Katalysator. Darüber hinaus zeigten Flugasche und TiO2-Nanokomposite (FA-TiO2), die von Altalhi et al.16 entwickelt wurden, eine überlegene elektrochemische katalytische Leistung für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) in einer alkalischen Lösung. Infolgedessen verfügt der FA-TiO2-Katalysator in der hergestellten Form über aktivere katalytische Stellen, die H2 und kathodische Aktivierung erzeugen können. Daher sind die besseren elektrochemischen und Stabilitätseigenschaften von Katalysatoren auf Flugaschebasis für ihre DSSC-Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Ein Ansatz zur Verbesserung der Eigenschaften von Flugasche besteht darin, sie mit leitfähigen Polymeren zu verbinden17. Viele frühere Studien berichteten über die Verwendung leitfähiger Polymere für CEs in DSSCs wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT)18, Polypyrrol (PPy)19, Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS). )20, Polyvinylidenfluorid (PVDF)21 oder Poly(vinylpyrrolidon)/Polyanilin (PVP/PANI)22. Diese Polymere bieten gute Gegenelektrodeneigenschaften für DSSCs. Um die elektrokatalytische Aktivität von CEs zu verbessern, wurden in anderen frühen Forschungsstudien Nanopartikel und Mikropartikel aus Metalloxiden oder Nichtmetalloxiden zu den leitfähigen Polymerfilmen hinzugefügt23,24. Maiaugree et al.25 entwickelten 2012 eine Gegenelektrode bestehend aus TiO2 gemischt mit PEDOT:PSS. Sie wurde mit einem Rakel aufgetragen und ergab einen hohen Wirkungsgrad von 8,49 %, vergleichbar mit einem Pt CE (7,50 %), wie es TiO2-Nanopartikel können Erhöhen Sie die Polymeroberfläche, um die Redoxreaktionen des Films zu verbessern. Ein CE mit einem hohen Wirkungsgrad von 6,50 % (Pt CE betrug 6,48 %) wurde von Xu et al.26 unter Verwendung eines nanoporösen TiO2/SnO2-Verbundfilms in Kombination mit PEDOT:PSS erstellt. Aufgrund seiner aktiveren Stellen für die \({\text{I}}_{3}^{ - }\)-Reduktion weist der erhaltene TiO2/SnO2/PEDOT:PSS-Verbundfilm eine bessere katalytische Aktivität für die Triiodidreduktion auf als das reine PEDOT :PSS-Film. Dies führt dazu, dass der Füllfaktor des Materials und die Effizienz der Zellen deutlich erhöht werden. Poröses rGO/ZnSe/CoSe2 in Kombination mit einer von Tapa et al.27 entwickelten PEDOT:PSS-Gegenelektrode hatte einen hohen Solarzellenwirkungsgrad von 8,60 % und übertraf platinierte CEs (7,14 %) hinsichtlich der katalytischen Aktivität für die \({\text {I}}^{ - } /{\text{I}}_{3}^{ - }\) Redoxreaktion. Ahmed et al.28 erstellten ein MoS2/NC-Komposit mit PEDOT:PSS. Der PCE des Geräts mit einem MoS2/NC-PEDOT:PSS-Komposit-CE mit größerer Oberfläche war 7,67 % höher, was zu einer höheren elektrokatalytischen Leistung führte als die reinen PEDOT:PSS-CEs (4,11 %). Kürzlich wurde in unserer Forschung Aktivkohle aus landwirtschaftlichen Reststoffen in Kombination mit PEDOT:PSS mit einem DSSC-Wirkungsgrad von 5,85 %, höheren elektrokatalytischen Aktivitäten für \({\text{I}}_{3}^{ - }\) Reduktion, Leitfähigkeit und höher eingesetzt Wirkungsgrade als Pt-CEs (5,43 %)29. Daher kann das Mischen von Flugasche in PEDOT:PSS die Anzahl der aktiven Zentren, die katalytischen Eigenschaften und die Effizienz von DSSCs erhöhen.

Normalerweise wurden viele landwirtschaftliche Rückstände als Recyclingmaterialien für Gegenelektroden in DSSCs gefördert. Die Quellen dieser Materialien beschränken sich jedoch nur auf Biomasse oder kohlenstoffbasierte Materialien. In dieser Arbeit wird also ein neues Abfallmaterial aus Nicht-Biomasse- oder Nicht-Kohlenstoff-basierten Materialien vorgestellt, bei denen es sich um Rückstände aus der Verbrennung von Kohle für Gegenelektroden handelt. Dies liegt daran, dass Biomassematerialien vor der Verwendung oberflächenbehandelt und karbonisiert werden müssen, was den Prozess und die Kosten sowie die Komplexität der CE-Herstellung erhöht. Basierend auf diesen Einschränkungen wählten die Forscher für ihre Studien Nicht-Biomasse-Materialien, um die Anzahl der Schritte und die Komplexität der Herstellung von CEs zu reduzieren und gleichzeitig eine Methode zur Verwendung dieses Materials zu entwickeln.

In diesem Artikel schlagen wir eine neuartige Gegenelektrode für DSSCs aus Flugasche gemischt mit PEDOT:PSS (FP) in einem Verbundfilm vor. Flugasche dient als Material zur Erhöhung der Anzahl aktiver Stellen, während PEDOT:PSS als Katalysator und Bindemittel im FP-Film fungiert. Darüber hinaus wird ein schnelles, kostengünstiges Herstellungsverfahren in einem Schritt bereitgestellt. Diesen Erkenntnissen zufolge schwankte die Leistung von DSSCs aus FP-Folien je nach Prozentsatz der eingearbeiteten Flugaschepartikel. Mit PEDOT:PSS gemischte Flugasche in einem Konzentrationsverhältnis von 2:5 g/ml ergab eine hohe Effizienz (4,23 %). Dieser Wirkungsgrad nähert sich dem von Pt-DSSCs (4,84 %). Diese Arbeit stellt eine hocheffiziente Elektrode vor, die aus der Einbindung von Flugasche hergestellt wird und eine verbesserte elektrokatalytische Aktivität und Solarzellenleistung aufweist, die mit der von Elektroden vergleichbar ist, die unter Verwendung von MoO und CoO hergestellt wurden.

Das Kraftwerk Mae Moh in der Provinz Lampang im Norden Thailands war die Quelle des in der aktuellen Studie verwendeten Flugaschepulvers. Es wurde 24 Stunden lang auf 80 °C erhitzt. PEDOT:PSS (Sigma Aldrich) wurde in destilliertem Wasser in einem Masse-/Volumenverhältnis von 1 zu 1 gelöst. Flugasche wurde hinzugefügt und in verschiedenen Verhältnissen von Flugasche zu PEDOT:PSS von 1:5, 2:5, 3 gemischt: 5 und 4:5 g/ml. Diese Proben werden als FP-1:5, FP-2:5, FP-3:5 bzw. FP-4:5 bezeichnet. Die FP-Mischungen wurden 15 Minuten lang gerührt. Fluordotiertes Zinnoxidglas (FTO, 15/sq, Solaronix) wurde gründlich mit Seifenwasser gereinigt, gefolgt von einer 30-minütigen Ultraschallbehandlung mit entionisiertem Wasser und Ethanol. Nach dem Trocknen wurden FP-Filme vorbereitet und mit einem Rakel auf einer 0,5 cm2 großen Fläche auf FTO-Glas aufgetragen, die mit Klebeband abgedeckt war (Abb. 1). Anschließend wurden die erhaltenen FP-Filme 6 Stunden lang auf 80 °C erhitzt. Unter Verwendung von Pt als CE-Standard wurde eine Pt-Elektrode durch Mischen von 3 mM Tetraamminplatin(II)-chloridhydrat (98 %, Sigma Aldrich) und 0,2 g Ethylcellulose (Sigma Aldrich) in Isopropylalkohol (Sigma Aldrich) hergestellt und bei 500 °C schleuderbeschichtet U/min für 30 s und 1500 U/min für 30 s, gefolgt von drei Zyklen Trocknen bei 80 °C auf FTO-Glas, bevor 1 h bei 500 °C unter Luftatmosphäre gesintert wird.

Schematische Darstellung der Flugasche-Gegenelektrode und der DSSC-JV-Kurven.

Die Arbeitselektroden wurden durch Siebdrucken von TiO2 PST-18NR-Paste (Solaronix) auf ein FTO-Substrat mit einer Filmdicke von 16 μm ohne Blockierungsschicht und Streuschicht hergestellt. Nach 60-minütigem Tempern bei 500 °C unter Luftatmosphäre wurden die TiO2-Photoanoden 24 Stunden lang in N719-Farbstoff mit einer Konzentration von 0,5 mM eingetaucht. Frühere Arbeiten4 dienten als Leitfaden für die Herstellung der N719-Farbstofflösung (Solaronix SA) und des \({\text{I}}^{ - } /{\text{I}}_{3}^{ - }\) Elektrolyt, der in dieser Studie verwendet wurde. Der Farbstoff N719 wurde unter Verwendung von 0,5 mM Ruthenisierungsmittel 535-bisTBA (Solaronix) und 50 ml tert-Butanol (> 99,70 %, Sigma Aldrich) in 50 ml Acetonitril (99,8 %, LiChrosolv) hergestellt. Ein \({\text{I}}^{ - } /{\text{I}}_{3}^{ - }\)-Elektrolyt wurde unter Verwendung von 0,1 M wasserfreiem Lithiumiodid (99,99 %, Alfa Aesar), 0,05, hergestellt M Jod (> 99,8 %, Riedel–de Haen), 0,6 M 1-Propyl-3-methylimidazoliumiodid (> 98 %, Sigma-Aldrich), 2,5 mM Lithiumcarbonat (99,99 %, Sigma-Aldrich) und 0,5 M tert- Butylpyridin (96 %, Sigma-Aldrich Corp.) in Acetonitril.

Für den Zusammenbau von WE und CE wurde ein halbgeschlossener Ansatz mit einem Parafilm als Separator und einem Tropfen \({\text{I}}^{ - } /{\text{I}}_{3}^{ verwendet. - }\) Elektrolyt für die asymmetrische DSSC-Zellanordnung (Abb. 1). Im Fall der symmetrischen CE:CE-Zellen wurden zwei FA-CEs mit einer aktiven Fläche von 0,5 cm2 mithilfe eines Parafilmseparators zusammengesetzt und dann mit demselben \({\text{I}}^{ - } /{\text {I}}_{3}^{ - }\) Elektrolyt zur Durchführung von EIS- und Tafel-Tests an den CE-Katalysatoren.

Die Kristallstruktur und die funktionellen Gruppen der Flugasche wurden mithilfe von XRD-Mustern (Bruker D8 Advance Röntgendiffraktometer (Cu-Kα-Quelle)) und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR, Bruker UV-1900) untersucht. Das optische Absorptionsspektrum von Flugasche, PEDOT:PSS und mit Flugasche gemischten PEDOT:PSS-Suspensionen wurde mit einem Fluoreszenz- und Absorptionsspektrometer (Duetta, Horiba) über den gesamten Wellenlängenbereich von 250 bis 1100 nm untersucht, wobei Proben durch Dispergieren hergestellt wurden Probenpulver in einer Ethanollösung. Zur Charakterisierung der Morphologie wurde Rasterelektronenmikroskopie (SEM, LEO-1450VP, UK) eingesetzt, während energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX, Hitachi TM4000Plus) zur Bestimmung der Elementzusammensetzung der Flugasche eingesetzt wurde. Die spezifische Oberfläche und das Porenvolumen der Flugasche wurden mithilfe der Brunauer-Emmett-Teller-Methode (BET) und der Barrett-Joyner-Halenda-Methode (BJH) berechnet, wobei die Stickstoffadsorptions-Desorptions-Isotherme gemessen wurde. Die Porosität, die Gesamtporenfläche und der durchschnittliche Porendurchmesser der Flugasche wurden mit einem Mercury Intrusion Porosimeter (Micromeritics AutoPore V 9600) untersucht.

Um die elektrochemische Aktivität der FA CEs zu bestimmen, wurde die katalytische Aktivität der Gegenelektrode in einer Dreikammerzelle mittels Cyclovoltammetrie (CV, Gamry REF 3000, USA) bei einer Scanrate von 20 mV/s gemessen. Als Gegenelektrode wurde eine Pt-Platte und als Referenzelektrode Ag/AgCl verwendet. Der CV-Elektrolyt im Drei-Elektroden-System wurde unter Verwendung von 10 mM wasserfreiem Lithiumiodid, 1 mM Jod und 0,1 M wasserfreiem Lithiumperchlorat (99 %, Alfa Aesar) in Acetonitril hergestellt.

Zur Untersuchung der Leistung der Solarzellen wurde ein Sonnensimulatorsystem (Peccell, PE-L111, Japan) mit einer Lichtintensität von 100 mW/cm2 eingesetzt. Die Impedanz der asymmetrischen DSSC-Zelle und der symmetrischen CE:CE-Zelle wurde mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS, Gamry REF 3000, USA) mit einer Lichtintensität von 100 mW/cm2 bzw. unter dunklen Bedingungen unter Verwendung einer Wechselstromamplitude von über 10 mV gemessen einen Frequenzbereich von 0,2 Hz bis 100.000 Hz.

Die Tafel-Polarisation wurde auch in asymmetrischen CE:CE-Zellen unter dunklen Bedingungen und unter Verwendung desselben \({\text{I}}^{ - } /{\text{I}}_{3}^{ - }\) gemessen. Elektrolyt- und Messbedingungen wie die symmetrische CE:CE-Messung der symmetrischen Zellimpedanz. Die gemessenen Impedanzspektren wurden mit der Gamry Echem Analyst-Software unter Verwendung eines Ersatzschaltbildmodells abgeglichen.

Abbildung 2 zeigt das XRD-Muster von Flugasche. Es wurde festgestellt, dass das Material kristalline Phasen wie Quarz (SiO2), Kalk (CaO), Calcit (CaCO3), Pragioklas (NaAlSi3O8–CaAl2Si2O8), Hämatit (Fe2O3) und Mullit (Al6Si2O13) enthält30,31,32, 33. Andere Schwermetalle wurden jedoch vermutlich aufgrund ihrer geringeren Mengen in der Flugasche, die unterhalb der XRD-Nachweisgrenze lagen, nicht beobachtet. Das UV-Vis-Spektrum von Flugasche ist in Abb. 3a dargestellt. Es wurde auch entdeckt, dass Flugasche einen weiten Lichtabsorptionsbereich von ultraviolettem (UV) bis zum nahen Infrarotlicht (NIR) aufweist. Die Absorption von UV-Licht im Wellenlängenbereich von 250 bis 400 nm ist im Vergleich zu anderen Regionen am höchsten. Dies kann auf die Hauptbestandteile der Flugasche zurückzuführen sein, laut XRD-Ergebnissen hauptsächlich SiO2, deren Energiebandlücke der Absorption im UV-Bereich entspricht34. Während das Absorptionsspektrum von PEDOT:PSS (Abb. 3b) breite Absorptionseigenschaften im UV- und NIR-Bereich aufweist, zeigt die Literatur, dass PEDOT:PSS einen Hauptabsorptionspeak bei Wellenlängen von etwa 224 und 254 nm aufweist. Die beiden Absorptionsbanden entsprechen dem aromatischen Ring einer –PSS-Gruppe35,36, aber die Hauptpeaks an diesen Positionen werden aufgrund der Beschränkung des Instruments mit einer anfänglichen Wellenlängengrenze von 250 nm nicht angezeigt. Bei der Betrachtung der Absorption im Infrarotbereich von 800 bis 1200 nm von PEDOT:PSS wurde jedoch festgestellt, dass das Absorptionsverhalten in diesem Bereich mit der Forschung von Kim J. et al. übereinstimmt37. Im Vergleich zu PEDOT:PSS zeigt mit Flugasche gemischtes PEDOT:PSS eine erhöhte Absorption im Wellenlängenbereich von 300 bis 1000 nm, wie in Abb. 3c dargestellt. Dies kann die Möglichkeit intermolekularer Wechselwirkungen zwischen Flugasche und PEDOT:PSS bestätigen.

XRD-Muster von Flugasche, geglüht bei 80 °C.

Das UV-Vis-Spektrum von (a) Flugasche, (b) PEDOT:PSS und (c) Flugasche gemischt mit PEDOT:PSS.

Die FTIR-Spektren von Flugasche, PEDOT:PSS und mit Flugasche gemischten PEDOT:PSS-Pulvern sind in Abb. 4 dargestellt. Die Signale, die bei 3442 cm–1 und 2923 cm–1 entstehen, entsprechen –OH-Gruppen und CH-Streckung. Das Vorhandensein von –Si-OH-Gruppen und in der Flugasche absorbiertem Wasser steht im Zusammenhang mit den Banden bei 1634 cm−138,39. Der antisymmetrische Si-O-Si-Streckungsmodus von Siliciumdioxid hängt mit der Bande bei 1100 cm-1 zusammen, während die Si-O-Al-Streckung von Flugasche jeweils bei 605 cm-138 beobachtet wurde. PEDOT:PSS und mit Flugasche gemischtes PEDOT:PSS weisen ähnliche FTIR-Banden auf. Die C-C- und C=C-Streckschwingungsmoden der Chinoidstruktur in Thiophenringen werden durch die Spitzen bei 1290 bzw. 1518 cm-1 dargestellt, während die Peaks bei 1135 cm-1 eine C-O-C-Streckung zeigen36,40, 41. Darüber hinaus korrelieren die Spitzen bei 1201 und 824 cm−1 mit den Streckschwingungen der SO3H-Gruppe der PSS- und C-S-Bindungen in den Thiophenringen von PEDOT41,42. Im Vergleich zu PEDOT:PSS ist die Intensität der mit Flugasche gemischten PEDOT:PSS-Probe geringer und die Absorptionspeaks sind leicht verschoben. Diese Ergebnisse legen die Möglichkeit intermolekularer Wechselwirkungen zwischen Flugasche und PEDOT:PSS nahe. Die Ergebnisse stimmen mit denen von Xu et al.41 überein, die einen Nanokompositfilm auf der Basis von PEDOT:PSS hergestellt haben, modifiziert mit zwei Additiven aus Ruß (CB) und Dimethylsulfoxid (DMSO). Es wurde festgestellt, dass sich neben der Abschwächung der Peakintensität auch mehrere Absorptionspeaks leicht verschieben. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass CB und PEDOT:PSS intramolekular miteinander interagieren (\(\pi \)-\(\pi \)-Wechselwirkungen).

FTIR-Spektren von bei 80 °C getemperter Flugasche, PEDOT:PSS und Flugasche gemischt mit PEDOT:PSS-Pulver.

Die Morphologie von Flugaschepartikeln ist in Abb. 5a dargestellt. Die Partikelgrößen lagen zwischen 5 und 40 µm (Abb. S1). Glatte Oberflächen nach dem Verteilen von PEDOT:PSS über dem FTO-Substrat sind in Abb. 5b dargestellt. Darüber hinaus umfassen die Partikelmorphologien feste Kugeln und unregelmäßig geformte Partikel. Die Oberflächen von mit Flugasche gemischten PEDOT:PSS-Filmen mit unterschiedlichen Flugaschegehalten sind in Abb. 5c – f dargestellt. Auch bei geringerer Vergrößerung ist die Bildung nanoporöser und makroporöser strukturierter Ablagerungen auf der Flugasche-Oberflächenbeschichtung erkennbar. Bei höherer Vergrößerung scheint die Textur der Filmoberflächen die Größe von Flugaschepartikeln zu haben, wobei sich PEDOT:PSS auf den Flugaschepartikeloberflächen ablagert. Die Größe der Flugaschepartikel reicht von einigen Mikrometern bis zu mehreren zehn Mikrometern. Die porösen Oberflächen der Elektrode sorgen für eine große Oberfläche und eine gute katalytische Aktivität.

REM-Bilder von Flugasche (a), PEDOT:PSS-Film (b) und mit Flugasche gemischten PEDOT:PSS-Filmen (FP) mit verschiedenen Konzentrationsverhältnissen von 1:5 (c), 2:5 (d), 3:5 (e), 4:5 g/ml (f) und (g) ein EDX-Spektrum von Flugasche.

Darüber hinaus kann die Morphologie von Mikropartikeln und Mikroflocken in CoO bzw. MoO gefunden werden, wie in Abb. S2 dargestellt. CoO- und MoO-gemischte PEDOT:PSS-Verbundfilm-Gegenelektroden sind in Abb. S3 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das CoO CE eine Clusterdispersion von Mikropartikeln aufweist. Dies könnte auf die Partikelagglomeration nach dem Mischen von PEDOT:PSS zurückzuführen sein (Abb. S3a, a1). Gleichzeitig weisen MoO-Mikroflocken eine dicht gepackte Morphologie mit Ansammlungen von Nanoflocken auf. Dies kann zu einer geringeren Porosität als bei anderen Gegenelektroden führen (Abb. S3b, b1)).

Die Elementzusammensetzung der Flugascheprobe ist in Abb. 5g dargestellt. Die identifizierten Elemente waren O (34,80 ± 5,15 Gew.-%), C (25,10 ± 4,57 Gew.-%), Ca (16,57 ± 3,10 Gew.-%), Fe (8,42 ± 4,84 Gew.-%), Si (7,50 ± 2,21 Gew.-%) und Al (4,25 ± 1,63 Gew.-%), S (1,60 ± 1,70 Gew.-%), Mg (0,72 ± 0,40 Gew.-%), K (0,67 ± 0,40 Gew.-%) und Na (0,42 ± 0,09 Gew.-%). Die Ergebnisse dieser Tests stimmen mit der XRD-Analyse überein, die das Vorhandensein der Kristallstrukturen von CaO, Fe2O3, SiO2, Al2O3 und SO3 sowie von MgO und anderen Substanzen zeigte12,31. Der hohe Kohlenstoffgehalt kann jedoch durch das im Test verwendete Kohlenstoffband verursacht worden sein.

Die chemischen Bindungen zwischen PEDOT:PSS und Flugasche sind in Abb. 6 dargestellt. PEDOT:PSS besteht aus zwei ionisch gebundenen Polymeren: PSS-Benzolringen, die sowohl neutrales SO3H als auch anionisches SO3− enthalten, und alle drei oder vier Thiopheneinheiten auf PEDOT-Ketten tragen eine positive Ladung41,42,43. So entstand durch ionische Bindung zwischen SO3- und Thiophenringen eine komplexe Struktur von PEDOT mit PSS44,45,46. Darüber hinaus wurde eine Wasserstoffbrücke zwischen den OH-Gruppen der PSS-Struktur und dem O des Metalloxids in der Flugasche gebildet47. Darüber hinaus haftet PEDOT:PSS an der Oberfläche von Flugaschepartikeln und kann als Bindemittel verwendet werden, um die Partikel mit dem FTO-Substrat und untereinander zu verbinden, wie in Abb. 6 dargestellt.

Schematische Darstellung der vorgeschlagenen mit PEDOT: PSS beschichteten Flugascheoberflächen.

Die Stickstoffadsorptions-Desorptions-Isothermen von Flugasche sind in Abb. 7 dargestellt. Sie weisen eine Typ-IV-Isotherme auf, was auf eine Mischung aus mikroporösen und mesoporösen Materialien hinweist48. Die Oberfläche der Flugasche betrug laut BET-Analyse 1,439 m2/g1, während der Porenvolumendurchmesser laut BJH-Porengrößenanalyse 0,0029 cm3/g1 betrug. Darüber hinaus sind in Abb. S4 die kumulativen Intrusionskurven und die Porengrößenverteilung von Flugasche dargestellt, die mit der Quecksilberintrusionsporosimetrie (MIP)-Technik gemessen wurden. Die MIP-Ergebnisse für Flugasche zeigen Werte für Porosität, Gesamtporenfläche und durchschnittlichen Porendurchmesser von 61,07 %, 3,17 m2/g1 bzw. 0,87 µm.

BET-Kurven und Porengrößenverteilung (Abbildung) von Flugasche.

Die zyklische Voltammetrieanalyse wurde verwendet, um die elektrochemischen Eigenschaften von Gegenelektroden mithilfe eines Drei-Elektroden-Systems bestehend aus FP, PEDOT:PSS und Pt zu untersuchen. Abbildung 8a zeigt die CV-Kurven der FP-Gegenelektroden. Die Oxidation (\( 3{\text{I}}^{ - } - 2e^{ - } \zu {\text{I}}_{3}^{ - } \)) und Reduktion (\( {\ text{I}}_{3}^{ - } + 2e^{ - } \to 3{\text{I}}^{ - } \)) Peaks weisen ähnliche Merkmale auf. Die CV-Kurven der PEDOT:PSS- und Pt-Gegenelektroden zeigten zwei Paare von Redoxpeaks während der Oxidation (Ox1: \(3 {\text{I}}^{ - } - 2e^{ - } \to {\text{I }}_{3}^{ - } \) und Ox2: \( 2{\text{I}}_{3}^{ - } - 2e^{ - } \to 3{\text{I}}_ {2} \)) und Reduktion (Red1:\( {\text{I}}_{3}^{ - } + 2e^{ - } \to 3{\text{I}}^{ - } \) und Red2: \( 3{\text{I}}_{2} + 2e^{ - } \to 2{\text{I}}_{3}^{ - } \)) Peaks (Abb. 8b) . In einem DSSC werden die Redoxpeaks von Ox1 und Red1 fokussiert. Die Redoxreaktion von \( {\text{I}}^{ - } /{\text{I}}_{3}^{ - } \) kann anhand des kathodischen Spitzenstroms (\(J_{pc}) untersucht werden. \)) und Spitze-zu-Spitze-Spannungsabstand (\(E_{pp}\)), als zwei wesentliche Faktoren für die Beurteilung der katalytischen Aktivität eines CE. Höhere \(J_{pc}\)- und niedrigere \(E_{pp}\)-Werte weisen darauf hin, dass der Katalysator eine überlegene elektrochemische katalytische Aktivität und die hohe Oxidations-Reduktions-Reaktion zwischen \({\text{I}}^{ - } \) und \( {\text{I}}_{3}^{ - } \) können jeweils reibungslos auf den Oberflächen der Katalysatoren auftreten49,50,51,52. Der \(E_{pp}\)-Wert wird aus Gleichung berechnet. (1).

CV-Kurven von (a) FP-, (b) Pt- und PEDOT:PSS-Gegenelektroden.

Die Werte für \(E_{pp}\) und \(J_{pc}\) sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Beim Vergleich von FP-1:5 (0,66 V und − 0,55 mA/cm2) und FP-3:5 ( 0,81 V und − 0,21 mA/cm2), FP-4:5 (0,88 V und − 0,19 mA/cm2) und PEDOT:PSS (0,62 V und − 0,31 mA/cm2) Elektroden mit der FP-2:5-Elektrode, Letzteres hat einen niedrigeren \(E_{pp}\) und einen höheren \(J_{pc}\) (0,59 V und − 0,76 mA/cm2), was eine überlegene elektrochemische katalytische Aktivität des FP-2:5 CE zeigt. Dieses Ergebnis bestätigt, dass die Einführung von Flugasche in PEDOT:PSS den katalytischen Prozess der \({\text{I}}_{3}^{ - }\)-Reduktion beschleunigen kann. Pt-Elektroden haben einen \(E_{pp}\)-Wert von 0,46 V und einen \(J_{pc}\)-Wert von − 0,73 mA/cm2. Der katalytische Prozess nahm jedoch ab, wenn das Konzentrationsverhältnis von Flugasche zu PEDOT:PSS auf mehr als 2:5 g/ml erhöht wurde. Dies steht in starker Übereinstimmung mit den Tafel- und EIS-Ergebnissen, wie der Wert der Austauschstromdichte (\(J_{0}\)) und der Ladungsübertragungswiderstand belegen. Diese Verhaltensweisen führten zu einer erhöhten Leistungsumwandlungseffizienz.

Die aktive Oberfläche jedes Films wurde mithilfe von CV-Messungen basierend auf 10 mM K3Fe(CN)6- und 0,1 M KCl-Lösungen bei verschiedenen Scangeschwindigkeiten verglichen. Abbildung 9a,b zeigen die Auswirkung der Scanrate (\(v\)) im Bereich von 10 bis 200 mV/s auf die CV-Reaktion von PEDOT:PSS- und FP-2:5-Filmen. Wie erwartet variierte die Spitzenstromdichte linear mit steigenden Scanraten. Darüber hinaus erhielten wir unter Verwendung der Randles-Sevcik-Gleichung (Gleichung 2)53,54 eine lineare Abhängigkeit des Spitzenstroms als Funktion der Oxidationspeaks von [Fe(CN)6]3−/4− (\(I_ {p}\)) gegenüber der Quadratwurzel der Scanrate für diese Elektroden, wie in Abb. 9c gezeigt.

Dabei sind \(I_{p}\), \(D\), \(n\), \(A\) und \(c\) der Spitzenstrom, der Diffusionskoeffizient der interessierenden Spezies (cm2/ s1), die Elektronenmenge in der Reaktion, die Elektrodenfläche (cm2) bzw. die Spezieskonzentration in der Massenlösung (mol/L1). Wie in Abb. 9c zu sehen ist, sind die Oxidationssteigungen der Verbundfolien höher als die der PEDOT:PSS-Folie, wie in Tabelle 1 aufgeführt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Erhöhung des Flugascheanteils die Vergrößerung der aktiven Oberfläche von direkt beeinflusst Filme. Allerdings führt das Verhältnis von Flugasche zu PEDOT:PSS, das 2 bis 5 g/ml übersteigt, zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands des Films, was durch die EIS-Technik bestätigt werden kann.

CV-Kurven von (a) PEDOT:PSS, (b) FP-2:5-Filmen bei verschiedenen Scangeschwindigkeiten in einer Mischlösung aus 10 mM K3(FeCN)6 und 0,1 M KCl und (c) Diagramme des Oxidationsstroms von [ Fe(CN)6]3−/4− (Ip) gegen \(v\)1/2 mit ihren entsprechenden Anpassungen.

EIS-Messungen wurden sowohl mit asymmetrischen DSSC- als auch mit symmetrischen CE-CE-Zellen durchgeführt, wie in Abb. 10 dargestellt. Dies geschah, um die elektrochemischen Eigenschaften der vorbereiteten CEs zu bewerten. Abbildung 10a zeigt Nyquist-Diagramme der vorbereiteten FP-, PEDOT:PSS- und Pt-CEs. Diese Diagramme können mit Gamry Echem Analyst angepasst werden, um den erleichterten Elektronentransport in Zellen mit Ersatzschaltkreisen (Einschub in Abb. 10a) und dem in Abb. 10b dargestellten Hochfrequenzbereich zu bestimmen. Im Nyquist-Diagramm ist \(R_{s}\) der gesamte ohmsche Widerstand, der dem Hochfrequenzschnittpunkt der realen Achse entspricht. Dargestellt sind der Ladungsübertragungswiderstand zwischen CE und Elektrolyt (\(R_{ce}\)) sowie der TiO2/Farbstoff-Sensibilisator und Elektrolyt (\(R_{ct}\) oder \(R_{we}\)). durch Halbkreisbögen im hohen (erster Halbkreis) bzw. mittleren (zweiter Halbkreis) Frequenzbereich. Die chemische Kapazität (\(CPE_{ce}\) und \(CPE_{ct}\)) an der Grenzfläche Elektrode/Elektrolyt sowie die Nernst-Diffusionsimpedanz im Niederfrequenzbereich (ZD)55 und die angepassten EIS-Parameter sind in Tabelle 2 aufgeführt. In der Literatur ist gut belegt, dass niedrige Werte für \(R_{s}\), \(R_{ce}\) und \(R_{ct}\) einen guten Ladungstransfer und eine hohe Leitfähigkeit fördern4, 54.

(a) Nyquist-Diagramme der konstruierten DSSC-Zellen und des eingefügten DSSC-Ersatzschaltbilds, (b) stark vergrößerte Nyquist-Diagramme und (c) Nyquist-Diagramme der hergestellten CE-CE-Zellen (Einschub), das hergestellte CE-CE-Ersatzschaltbild von vorbereitete Gegenelektroden.

Die Impedanz farbstoffsensibilisierter Solarzellen (\(Z_{DSSC}\)) kann als Summe der Impedanz des ohmschen Serienwiderstands (\(Z_{s}\)) und der Impedanz des Ladungsübertragungswiderstands ausgedrückt werden Gegenelektrode (\(Z_{ce}\)), die Impedanz des Ladungsübertragungswiderstands an der Arbeitselektrode (\(Z_{we}\)) und die Impedanz von \(\text{I}_{3}^ { - }\) und Diffusion (\(Z_{D}\)) gemäß den folgenden Gleichungen. (3–5)56.

Die Gl. (3) kann in Form von Widerständen durch die Gleichung geschrieben werden:

wobei \(j\), \(\omega\), \(\alpha\) und \(C_{ce}\) die imaginäre Zahl (\(j = \sqrt { - 1}\)) sind, die Winkelfrequenz, der Exponent, der für einen Kondensator gleich 1 und für ein Element mit konstanter Phase kleiner als 1 ist, und die elektrochemische Kapazität, die durch die Ansammlung von Oberflächenelektronen eines Gegenelektrodenfilms erzeugt wird57. Die \(C_{we}\), \(R_{D}\), \(D\) und \(L\) sind chemische Kapazitäten, die durch die Ansammlung von Ladungen an der Oberfläche des Arbeitselektrodenfilms entstehen Diffusionswiderstand, Diffusionskoeffizient von \({\text{I}}_{3}^{ - }\) bzw. die effektive Dicke28,52.

Im Falle einer CE-CE-Symmetrie ist die CE-CE-Impedanz gegeben durch

Das FP-2:5 CE hat niedrigere \(R_{ce}\)- und \(R_{ct}\)-Werte (12,06 und 91,45 Ωcm2) als FP-1:5 (13,97 und 142,40 Ωcm2), PEDOT:PSS ( 31,24 und 280,50 Ωcm2), FP-3:5 (42,91 und 205,95 Ωcm2) und FP-4:5 (157,45 und 732,50 Ωcm2). Das Pt-CE hat jedoch die kleinsten \(R_{ce}\) und \(R_{ct}\) (4,09 und 10,27 Ωcm2), was auf eine bessere Ladungsübertragung und Leitfähigkeit hinweist. Ein PEDOT:PSS CE hat den kleinsten \(R_{s}\) (6,99 Ωcm2), was auf eine starke Verbindung zwischen dem aktiven Film und dem Substrat hinweist. Die \(R_{s}\), \(R_{ce}\) und \(R_{ct}\)-Werte der vorbereiteten CEs weisen die gleiche Tendenz auf wie im Fall der CE-CE-symmetrischen Zelle, als dargestellt in Abb. 10c. EIS-Parameter für verschiedene Gegenelektroden sind in Tabelle 2 aufgeführt, nachdem sie mit dem Gamry Echem Analyst an die im Einschub von Abb. 10c gezeigten symmetrischen CE-CE-Zellenäquivalentschaltbilder angepasst wurden. Der Serienwiderstand wird als \(R_{s1}\) bezeichnet, der Ladungsübertragungswiderstand wird als \(R_{ct1}\) dargestellt und die entsprechende chemische Kapazität an der CE-Elektrode/Elektrolyt-Grenzfläche ist CPEct11,58,59. Die \(R_{ct1}\)-Werte der FP-2:5- und Pt-CEs betrugen 64,30 bzw. 9,14 Ωcm2. Der niedrigere \(R_{ct1}\) des Pt CE kann auf seinen besseren Ladungstransfer zurückgeführt werden. Die Zugabe von Flugasche zu PEDOT:PSS in einem Verhältnis von mehr als 2:5 führte zu \(R_{ct1}\)-Werten, die tendenziell anstiegen, vermutlich aufgrund der schlechten Leitfähigkeit der nativen Flugasche. Dies führt zu einer geringen Aktivität der hergestellten Gegenelektroden, wie in den CV-Analysen dargestellt.

In Abb. 11 wurden Tafel-Kurven auch mit einer CE-CE-Zelle entwickelt, die der in EIS verwendeten ähnelt. Die Austauschstromdichte wurde als Schnittpunkt der extrapolierten linearen anodischen und kathodischen Zweige geschätzt. Diese Werte variierten in der Reihenfolge Pt (1,60 mA/cm2) > FP-2:5 (0,38 mA/cm2) > FP-1:5 (0,30 mA/cm2) > PEDOT:PSS (0,11 mA/cm2) > FP -3:5 (0,05 mA/cm2) > FP-4:5 (0,04 mA/cm2). Dies steht im Einklang mit dem Variationstrend von \(R_{ct}\) gemäß den EIS-Ergebnissen, die unter Verwendung von Gleichung abgeleitet wurden. (6). In den Tafel-Kurven entsprechen die höheren \(J_{0}\)-Werte niedrigeren \(R_{ct}\)-Niveaus im EIS. Die diffusionsbegrenzten Stromwerte (\(J_{\lim }\)) der Gegenelektroden zeigen, dass \(J_{\lim }\) mit dem in Gleichung dargestellten Diffusionskoeffizienten (\(D\)) variiert. (7). Die resultierenden Werte für \(J_{0}\) und \(J_{\lim }\) sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tafeldiagramme der CE-CE-Zellen von FP-, Pt- und PEDOT:PSS-Gegenelektroden.

In den obigen Gleichungen sind \(R_{ct}\) und \(R\) die Ladungsübertragungswiderstände an CE/Elektrolyt-Grenzflächen und die Gaskonstante, während \(T\), \(n\), \(F \) und \(l\) sind die absolute Temperatur, die Anzahl der an der Reduktion von Triiodid an der Elektrode beteiligten Elektronen, die Faraday-Konstante bzw. die Abstandshalterdicke. \(N_{A}\) ist die Avogadro-Konstante und \(C\) ist die Konzentration von \( {\text{I}}_{3}^{ - } \)49,60. Wie man sieht, erhöht die Verwendung von Flugasche gemischt mit PEDOT:PSS in CEs die elektrokatalytische Aktivität der Elektroden im Vergleich zur Verwendung von PEDOT:PSS als Referenz-CE. Alternativ haben die FP-Gegenelektroden aufgrund ihrer höheren \(R_{ct}\)-Werte eine geringere elektrokatalytische Aktivität als Pt-CE-Geräte. Diese Ergebnisse werden durch CV- und EIS-Analysen gut gestützt. Im Hinblick auf die Senkung der Produktionskosten, die Reduzierung der Umwelttoxizität und das Abfallrecycling ist die Verwendung von Flugasche eine attraktive Option als Ersatz für Pt-Metall in DSSCs.

Abbildung 12 zeigt die JV-Kurven der FP-, PEDOT:PSS- und Pt-Gegenelektroden. Tabelle 3 fasst die Photovoltaik-Parameter dieser Geräte zusammen. Die DSSC-Effizienz (PCE) wurde gemäß den folgenden Gleichungen berechnet. (8) und (9)61.

Dabei sind \(J_{sc}\), \(V_{oc}\) und \(P_{in}\) der Kurzschlussstrom, die Leerlaufspannung bzw. die Eingangsleistung. Der Füllfaktor (FF) eines DSSC kann mithilfe der Formel geschätzt werden:

wobei \(P_{\max }\) die maximale Ausgangsleistung ist.

JV-Kurven von DSSCs, die mit verschiedenen CEs unter AM 1,5 G (100 mW/cm2) zusammengesetzt sind.

Der mit einer PEDOT:PSS-basierten Gegenelektrode hergestellte DSSC hatte einen PCE von 3,35 % und einen FF von 0,28. Der PCE-Wert stieg auf 4,23 % und der FF-Wert verbesserte sich auf 0,36, wenn Flugasche mit PEDOT:PSS für eine Gegenelektrode mit einem Verhältnis von Flugasche zu PEDOT:PSS von 2:5 g/ml gemischt wurde. Dies war auf einen besseren Ladungstransfer und eine höhere elektrokatalytische Aktivität durch die Wechselwirkung von Flugasche und PEDOT:PSS zurückzuführen. Darüber hinaus wiesen die hergestellten FP-2:5-Gegenelektroden, wie in Tabelle 3 und Abb. S5 gezeigt, höhere PCE-Werte auf als diejenigen, die aus anderen Metalloxiden hergestellt wurden, mit PCE-Werten von 3,08 bzw. 3,65 % für MoO und CoO. Aufgrund des höheren Ladungstransfers und der besseren elektrokatalytischen Aktivität des Pt CE sind die PCE- und FF-Werte des FP-2:5 CE immer noch niedriger als die des Pt CE (PCE von 4,84 % und FF von 0,48). Im Allgemeinen wird der FF eines DSSC durch zwei Faktoren bestimmt. Der erste sind die Innenwiderstände eines DSSC, einschließlich des Serienwiderstands und des Ladungstransportwiderstands. Je größer der Wert von FF ist, desto kleiner sind die Widerstände. Der zweite Parameter ist die katalytische Aktivität einer DSSC-Gegenelektrode. Die CV- und EIS-Testergebnisse zeigen, dass das Platin-CE eine bessere elektrokatalytische Aktivität und einen höheren Ladungstransfer aufweist62, was zu höheren FF- und PCE-Werten im Vergleich zu den mit Flugasche gemischten PEDOT:PSS-CEs führt. Allerdings ist die Verwendung von PEDOT:PSS mit Flugaschemischung als möglicher Ersatz für Pt-Metall eine praktikable Option, da sie die Produktionskosten senkt, die Auswirkungen auf die Umwelt verringert und das Abfallrecycling ermöglicht. Darüber hinaus ist bekannt, dass die CEs wichtige Komponenten in DSSCs sind, deren Stabilitätstests entscheidende Merkmale für ihre praktischen Anwendungen sind. Die Forschungsgruppe von Yun et al.52,63,64,65,66,67 schlug eine Technik zum effektiven Testen der Stabilität der CEs vor. Sie führten beispielsweise aufeinanderfolgende CV-Scans, EIS-Scans, Langzeitstabilität, Strom-Spannungs-Tests bei Dunkelheit und Beleuchtung, Entfernungsrate der Filme usw. durch. Mit diesen Messungen lässt sich die Stabilität der CEs in DSSCs sehr gut verifizieren.

In diesem Artikel haben wir neuartige PEDOT:PSS-Gegenelektroden mit Flugaschemischung vorgestellt, die zur Herstellung kostengünstiger DSSCs verwendet werden können. Wir fanden heraus, dass die Zugabe von Flugasche zu PEDOT:PSS die elektrokatalytische Aktivität, den Ladungsträgertransport und die photovoltaischen Eigenschaften der Gegenelektroden verbesserte. Mit einem geeigneten Verhältnis von 2:5 g/ml Flugasche zu PEDOT:PSS wurde ein höherer PCE von 4,23 % erzielt. Darüber hinaus übertraf die FP-2:5-Gegenelektrode die MoO- und CoO-Gegenelektroden in DSSCs. Alternativ hatte die FP-2:5-Gegenelektrode eine größere Triiodid-Reduktionsrate als eine Pt-CE. Daher ist FP-2:5 ein interessantes alternatives Material für die Herstellung kostengünstiger und umweltfreundlicher Solarzellen unter Verwendung von Abfällen aus Kohlekraftwerken anstelle von teurem Pt-Metall. Darüber hinaus kann Flugasche aus Kohlekraftwerken aufgrund ihrer hohen Wirksamkeit mit anderen Katalysatorpolymeren (wie PANI und PPY) gemischt werden, um Solarzellen und andere Anwendungen (wie Superkondensatoren, Brennstoffzellen, Batterien und Spaltung von Wassermolekülen) zu entwickeln dieses Material.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel [und seinen ergänzenden Informationsdateien] enthalten.

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Yun, S., Pu, H., Chen, J., Hagfeldt, A. & Ma, T. Verbesserte Leistung von unterstützten HfO2-Gegenelektroden für Redoxpaare, die in farbstoffsensibilisierten Solarzellen verwendet werden. Chemsuschem 7, 442–450 (2014).

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Finanzielle Unterstützung für diese Forschung wurde vom Thailand Science Research and Innovation Fundamental Fund für das Geschäftsjahr 2023 (Grant No. TUFF 10/2566), Thailand, bereitgestellt. Diese Arbeit (Zuschuss Nr. RGNS 65-109) wurde vom Büro des Ständigen Sekretärs, Ministerium für Hochschulbildung, Wissenschaft, Forschung und Innovation (OPS MHESI), Thailand Science Research and Innovation (TSRI) unterstützt. Diese Arbeit wurde von der Thammasat University Research Unit in Energy Innovations and Modern Physics (EIMP) unterstützt. Diese Studie wurde durch das Thammasat Postdoctoral Fellowship unterstützt. Wir möchten den Mitarbeitern des Kraftwerks Mae Moh in Lampang, Thailand, für die Bereitstellung von Flugaschematerialien danken.

Forschungseinheit der Thammasat-Universität für Energieinnovationen und moderne Physik (EIMP), Thammasat-Universität, Pathum Thani, 12120, Thailand

Nattakan Kanjana, Wasan Maiaugree und Thodsaphon Lunnoo

Abteilung für Physik, Fakultät für Naturwissenschaften und Technologie, Thammasat-Universität, Pathum Thani, 12120, Thailand

Wasan Maiaugree, Thodsaphon Lunnoo, Poramed Wongjom und Yingyot Infahsaeng

Fachbereich Physik, Fakultät für Naturwissenschaften, Mahasarakham University, Kantarawichai, Mahasarakham, 44150, Thailand

Paveena Laoku

Fakultät für Mathematik, Fakultät für Naturwissenschaften, Mahasarakham University, Kantarawichai, Mahasarakham, 44150, Thailand

Inthira Chaiya

Forschungseinheit der Thammasat-Universität für Quantentechnologie, Thammasat-Universität, Pathum Thani, 12120, Thailand

Yingyot Infahsaeng

Elektrizitätserzeugungsbehörde von Thailand, Nonthaburi, 11130, Thailand

Bunjong Thongdang

Thailand Centre of Excellence in Physics (ThEP-Zentrum), Ministerium für höhere Bildung, Wissenschaft, Forschung und Innovation, Bangkok, 10400, Thailand

Vittaya Amornkitbamrung

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NK und WM verfassten den Haupttext des Manuskripts und führten das Experiment durch. PL, IC, PW, YI, BT und VA waren an der Planung beteiligt und überwachten die Arbeiten. TL und WM führten die CV-Experimente durch. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Maiaugree Games.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Kanjana, N., Maiaugree, W., Laokul, P. et al. Flugasche verstärkte die elektrokatalytischen Eigenschaften von PEDOT:PSS-Gegenelektroden für die Triiodidreduktion in farbstoffsensibilisierten Solarzellen. Sci Rep 13, 6012 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33020-6

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Eingegangen: 13. März 2022

Angenommen: 05. April 2023

Veröffentlicht: 12. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33020-6

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Flugasche verstärkte die elektrokatalytischen Eigenschaften von PEDOT:PSS-Gegenelektroden für die Triiodidreduktion im Farbstoff