Una novela de WS2 | Soluciones PeakRider Co., Ltd

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 7762 (2023) Citar este artículo

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Un nuevo compuesto de óxido de cobre y disulfuro de tungsteno molibdeno soportado con puntos cuánticos de grafeno (WM@GQDs) ha sido sintetizado como un contraelectrodo (CE) para células solares sensibilizadas por colorante (DSSCs) usando un método de ultrasonicación simple y de bajo costo. La estructura única de WM@GQD exhibe una excelente eficiencia de conversión de energía debido a su alta actividad catalítica y propiedades de transporte de carga. Además, los puntos cuánticos de grafeno (GQD) proporcionan más sitios activos en los materiales de dimensión cero para una reacción redox I/I3− que puede mejorar las propiedades eléctricas y ópticas del compuesto. Los resultados indican que la cantidad de GQD en el compuesto afecta la efectividad de los dispositivos solares. Cuando se utilizó un 0,9 % en peso de GQD, el compuesto WM@GQDs logró una eficiencia del 10,38 %, que es superior a la del caro platino CE en las mismas condiciones. El mecanismo detrás de la mejora de la eficiencia de conversión de energía (PCE) de la muestra compuesta también se analiza en detalle. Por lo tanto, los WM@GQD pueden ser un material eficiente para reemplazar el platino en los DSSC como CE.

La inminente escasez de combustibles fósiles debido al crecimiento anual de la población y el impacto del crecimiento económico sostenido ha concienciado a la población mundial sobre la importancia de las energías renovables. Entre las diversas fuentes de energía renovable, la energía solar es una fuente de energía natural y sostenible que se puede utilizar indefinidamente. En general, la tecnología de celdas solares basadas en silicio seguirá dominando el mercado global, pero los investigadores están buscando soluciones alternativas para satisfacer las necesidades energéticas del sector industrial y reducir los costos de producción para que la población mundial pueda acceder a la energía solar1. Una de estas soluciones son las células solares sensibilizadas por colorante (DSSC), que son células de tercera generación debido a sus métodos de fabricación económicos, sencillos y respetuosos con el medio ambiente2,3. Los DSSC consisten en un fotoánodo (un semiconductor con un área de superficie específica alta para el colorante adsorbido), un contraelectrodo (generalmente en forma de FTO con platino) y un electrolito en el espacio entre electrodos (hecho de un solvente orgánico con un mediador redox). )4. En general, el principio de funcionamiento de las DSSC es que las moléculas de colorante, después de absorber un fotón, se excitan desde el estado fundamental al estado excitado. Luego, se inyecta un electrón en la banda de conducción (CB) del semiconductor y se transporta a través de un circuito externo al contraelectrodo. El colorante oxidado es regenerado por un mediador redox, y el electrón donado por el electrodo de trabajo reduce las especies redox. A continuación, el ciclo se cierra y se repite hasta que se produce la iluminación5.

Como se mencionó anteriormente, el contraelectrodo (CE) es esencial para el correcto funcionamiento de los DSSC. El platino (Pt) es el CE más utilizado en DSSC debido a su excelente rendimiento electrocatalítico y alta conductividad, lo que conduce a una alta eficiencia en la transformación fotoeléctrica6. Sin embargo, el Pt es un metal precioso y su estabilidad es insuficiente, lo que puede provocar que reaccione con el electrolito con el tiempo7. Además, su alto costo limita la producción a gran escala de DSSC para su uso en los sectores doméstico e industrial. Por lo tanto, los investigadores buscan urgentemente materiales alternativos para reemplazar a Pt. Se han investigado diferentes tipos de materiales, como materiales basados en carbono8, polímeros orgánicos9, dicalcogenuros de metales de transición10, materiales basados en óxidos11 y materiales basados en sulfuros12, y han mostrado una excelente conversión de energía debido a sus propiedades electroquímicas superiores.

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) son materiales prometedores de puntos cuánticos basados en carbono que se componen principalmente de átomos hibridados sp2 de láminas de grafeno de tamaño nanométrico, lo que les otorga propiedades de dimensión cero13. Los GQD tienen varias propiedades deseables, que incluyen inercia química, biocompatibilidad, propiedades de fotoluminiscencia estables, baja resistencia y buena reversibilidad redox. En 2013, Chen et al.14 sintetizaron polipirrol dopado con GQD (PPy) como contraelectrodo. La película de PPy dopada con GQDs tiene una estructura altamente porosa y muestra una mayor densidad de corriente catalítica y una menor resistencia a la transferencia de carga que el PPy solo hacia la reacción redox I3-/I-. El DSSC con PPy dopado con GQD al 10% mostró la mayor eficiencia de conversión de energía (5,27%), que es más alta que la de un DSSC basado en contraelectrodo de Pt.

Recientemente, los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) en capas 2D como MoS2, TiS2, WS2 y MoSe2 se han considerado como posibles contraelectrodos (CE) en DSSC debido a su bajo costo, producción ecológica, proceso simple, alta actividad electrocatalítica y estabilidad química15,16. Entre estos, WS2 ha recibido especial atención debido a sus delgadas nanoláminas con una gran superficie, que pueden aumentar el número de sitios activos en la superficie y mejorar su actividad en aplicaciones de células solares. En 2018, Yuan et al.17 prepararon nanoflores de MoSe2 a través de un método hidrotermal fácil y económico como CE en DSSC. Informaron que los DSSC ensamblados con MoSe2 CE lograron una alta eficiencia de conversión de energía (PCE = 7,01 %) para la reducción de I3− en comparación con el Pt estándar debido a sus abundantes sitios activos y propiedades químicas estables. Sin embargo, se han utilizado varios métodos para aumentar la conductividad eléctrica de los TMD, como el dopaje con polímeros y la creación de compuestos con base de carbono y otros compuestos. En 2021, Silambarasan et al.18 fabricaron MoS2 y puntos cuánticos de grafeno dopado con N anclados en óxido de grafeno reducido (rGO) a través de un método hidrotermal de dos pasos para usar como contraelectrodos en DSSC. El N-GQD@MoS2@rGO mostró una eficiencia de conversión de energía fotovoltaica (η) de 4.65%. Esto se debió a la propiedad catalítica superior del material, que se atribuyó al aumento de los sitios activos electroquímicos y la conductividad eléctrica de rGO y MoS2. Además, los materiales de carbono 2D actúan como una plataforma para reducir la aglomeración de MoS2 y mejorar los sitios electroquímicamente activos.

En este trabajo, sintetizamos un nuevo compuesto WS2-MoCuO3 con puntos cuánticos de grafeno (WM@GQD) a través de un método hidrotermal para su uso como contraelectrodo (CE) en células solares sensibilizadas por colorante (DSSC). Estos nanocompuestos se caracterizaron en cuanto a sus propiedades morfológicas y electroquímicas mediante técnicas como XPS, Raman, XRD, FESEM, análisis HRTEM y EIS. Optimizamos el peso porcentual de GQD en el compuesto WM@GQD e investigamos la eficiencia de conversión de energía (PCE) resultante. El composite WM@GQDs al 1,5 % logró un PCE del 10,00 %, que es comparable al del estándar Pt (7,00 %) debido a la presencia de GQD en el material compuesto, lo que aumenta la velocidad de los procesos de transferencia de carga a través de la capa electroactiva en el compuesto WM@GQDs. Proponemos que el compuesto WM@GQDs podría ser un material CE alternativo prometedor para DSSC.

El polvo de grafito (malla 325) se adquirió de Sigma-Aldrich. Todos los productos químicos utilizados en este trabajo estaban disponibles comercialmente: se utilizaron como reactivos persulfato de amonio ([NH4]2S2O8), bromuro de potasio (KBr, ≥ 99 %) y acetonitrilo (C2H3N, 98 %, Sigma-Aldrich). El hexahidrato de ácido cloroplatínico (H2PtCl6 × 6H2O) y el borohidruro de sodio (NaBH4) se adquirieron de Sigma-Aldrich. Todos los productos químicos se utilizaron sin purificación adicional (la purificación de todos los productos químicos es del 99,0%).

El óxido de grafeno fue sintetizado por el método de Hummer. Se añadió polvo de grafito (10 g) a los 45 ml de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) con agitación magnética continua en el baño de hielo. Después de mezclar durante 15 min, se añadieron a la solución 2,25 g de KMnO4. Luego, caliente la solución de la mezcla a 50–60 °C mientras revuelve durante 2–3 h. La mezcla se colocó en el baño ultrasónico durante 30 min a temperatura ambiente y se agregó lentamente peróxido de hidrógeno (H2O2) mientras se agitaba. Este paso produce una reacción fuertemente exotérmica y hace que la mezcla burbujee vigorosamente. Después de 2 h de agitación, la mezcla se lava con agua desionizada para eliminar el exceso de iones de ácido, nitrato y sulfato. El óxido de grafito resultante se seca al vacío para obtener una sustancia en polvo.

El proceso de preparación típico para los puntos cuánticos de grafeno (GQD) es el siguiente: 500 mg de óxido de grafeno (GO) y 100 µL de dimetilformamida (DMF) se disolvieron en 10,0 mL de agua desionizada en condiciones de agitación vigorosa. Luego, la mezcla se mezcló con 3 ml de amoníaco y se sonicó durante 20 min. Posteriormente, la mezcla se transfirió a un autoclave revestido de teflón y se calentó a 140 °C durante 48 h19.

Los nanocables de MoCuO3 se sintetizaron mediante un método hidrotermal. Se disolvieron 1,5 g de molibdato de amonio y 1,0 g de óxido de cobre (II) en agua desionizada (DI) y se añadieron 5 ml de HNO3 a la solución. Después de 10 min de agitación, la solución se transfirió a un autoclave de acero inoxidable revestido con teflón de 100 ml, se selló y se colocó en un horno de secado al aire calentado a 180 °C durante 12 h. El producto final se enjuagó con agua DI hasta que la solución de desecho fue neutra y el precipitado se secó al vacío.

Luego, el polvo de WS2, MoCuO3 y GQD se dispersaron en agua DI, se agitaron durante 30 minutos y se ultrasonicaron durante 1 hora. A continuación, la mezcla uniforme se transfirió a un autoclave de acero inoxidable revestido con teflón de 100 ml, se centrifugó a 4000 rpm, se lavó con acetona DI y se secó para su uso posterior. Se prepararon cuatro concentraciones de GQD en WM@GQD, es decir, 0,3 % en peso de GQD, 0,6 % en peso de GQD y 0,9 % en peso de GQD, usando el mismo procedimiento. La Figura 1 ilustra el método de síntesis de los nanocompuestos WM@GQDs.

Diagrama esquemático que representa el método de preparación del WS2/MoCuO3@graphene quantum dot CE (WM@GQDs).

Por lo general, se usa un sustrato de vidrio de óxido de estaño dopado con flúor (FTO) para diseñar el dispositivo de celda solar de tipo sándwich, y el método de cuchilla doctora se usa para depositar tanto el fotoelectrodo como el contraelectrodo20. En primer lugar, se dispersan 0,5 g de WM@GQDs en 5 ml de etanol y se muelen bien durante 30 min utilizando un mortero y una maja. La suspensión de cada contraelectrodo se recubre con el sustrato FTO y luego se seca a 80 °C antes de recocerse a 400 °C durante 2 h. Se sigue el mismo método de fabricación para preparar todos los demás fotoánodos (TiO2, comercial P25). La solución de colorante N719 se sumerge en los electrodos de TiO2 PE durante 24 h y se templa a 400 °C durante 2 h. Finalmente, la solución electrolítica (I-/I3-) se deja caer a través de uno de los agujeros entre los dos electrodos, que luego se sellan con barras de silicona para evitar la evaporación.

Las propiedades cristalinas de los nanocompuestos sintetizados se estudiaron utilizando un difractómetro de rayos X (SmartLab, Rigaku) bajo radiación Cu Kα. La morfología del nanocompuesto sintetizado se investigó mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM: Thermo Fisher Scientific, Apero2) y microscopía electrónica de transmisión (TEM, JEOL JEM-2100). La composición elemental de la superficie y los estados de oxidación se analizaron mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS; PHI5000 VersaProbe II ULVAC-PHI, Japón) en el Synchrotron Light Research Institute (SLRI) en Tailandia. Los espectros Raman se registraron usando un espectrómetro Raman de microscopía (NRS-7100, JASCO). Las características de corriente-voltaje (I–V) de los dispositivos fotovoltaicos fabricados se estudiaron utilizando una estación de trabajo de simulador solar Clase A (SL-50A-WS, SCIENCE TECH) en AM1.5 (luz solar de 100 mW/cm2). Para las mediciones de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), la solución de electrolito constaba de 0,05 M I2 y 0,5 M LiI en acetonitrilo. Los diagramas de Nyquist se registraron en un rango de frecuencia de 0,1 Hz a 100 kHz y se midieron a 250 mV para negar el régimen limitado de transporte masivo.

Las propiedades cristalinas de los GQD, WS2 y WM@GQD sintetizados se estudiaron mediante la técnica de análisis XRD, como se muestra en la Fig. 2. El análisis del patrón registrado para los GQD revela una estructura amorfa, que es evidente a partir del pico de difracción en 2θ. = 25,8°, que corresponde al plano (002) de los átomos de carbono con hibridación sp2 en GQDs21. Además, los picos de difracción a 25,7°, 42,9°, 44,7° y 54,9° correspondían a los planos (004), (103), (006), (106) y (008), respectivamente, que se indexaron como las fases hexagonales de WS2 (ARCHIVO JCPDS: 87–2417 y 84–1398)22. Los patrones correspondientes a WM@GQD muestran picos a 12,5°, 32,5°, 38,3° y 50,1°, correspondientes a los planos (020), (110), (022) y (-202), respectivamente. El análisis XRD confirmó que se formaron los compuestos WM@GQDs.

Patrones XRD registrados para (a) GQD, (b) WS2 y (c) WM@GQD.

La morfología de la superficie de GQD, WS2 y WM@GQD se investigó mediante la técnica de imagen FESEM, como se muestra en la Fig. 3a-c. La Figura 3a muestra una estructura esférica uniforme y monodispersa de los GQD preparados, con un tamaño promedio de aproximadamente 10 nm. Además, la Fig. 3b muestra claramente la presencia de nanoláminas WS2 en forma de escamas en la superficie. El tamaño de WM@GQD varió de 2 a 10 nm para el sistema WS2-MoCuO3 integrado con GQD. La microestructura de WS2 se investigó mediante la técnica TEM de alta resolución y los resultados se presentan en la Fig. 3d-f. La Figura 3d presenta la imagen HRTEM de los GQD, que indica claramente la formación de nanohojas apiladas. También se observó que las nanoláminas WS2 se aglomeraban en grupos más grandes, como se muestra en la Fig. 3e. Las imágenes TEM de alta resolución confirman la formación de láminas ultrafinas de WS2, GQD y MoCuO3 incrustadas en el compuesto.

Imagen SEM y TEM de (a,d) GQD, (b,e) WS2 y (c,f) WM@GQD.

Se utilizaron espectroscopia FTIR y Raman para caracterizar la estructura y composición del compuesto. La figura 4a presentó los perfiles espectrales de FTIR registrados para GQD, WS2 y WM@GQD. Los perfiles registrados para GQD presentan bandas que confirman la estructura similar al grafeno de los materiales (las vibraciones de la columna vertebral C=C aparecen en 1921 cm−1, y la presencia de grupos que contienen oxígeno (como O–H) se representó por las vibraciones de estiramiento en 3182 cm - 1. Las vibraciones de estiramiento C = O aparecieron en 2178 cm - 1. Los perfiles registrados para WS2 puro exhiben tres picos de absorción característicos en 620 cm - 1 y en la región que abarca 875–1051 cm -1. Estos picos se atribuyeron a los enlaces W-S y S-S en WS223, 24. Además, los perfiles espectrales registrados para MoCuO3 revelaron la presencia de vibraciones de estiramiento de Mo-O en aproximadamente 1110 cm-1. La banda en aproximadamente 612 cm −1 se asoció con las vibraciones de los átomos de O en la red de MoCuO3, las señales características de ambos componentes se observaron claramente en los perfiles espectrales registrados para WM@GQD.

Perfiles FTIR registrados para (a) GQD, (b) WS2 y (c) WM@GQD.

Los espectros Raman de WS2 y WM @ GQD se presentan en la Fig. 5a, b para estudiar la estructura de los materiales y su propiedad de interacción. La figura 5a (línea azul) representa la monocapa WS2 de dominio único y presenta tres picos principales en 1351,76, 1577,31, 2716,15 y 32 381,12 cm−1. Los resultados fueron consistentes con los modos activos Raman informados de WS2. Los tres picos correspondieron a los dos modos Raman acústicos longitudinales (LA) de segundo orden en el punto M, E′2 g y A1 g de WS2, respectivamente25. El pico de 963,72 cm−1 representó el pico de primer orden de E12 g como se muestra en la Fig. 5b. Además, los picos ampliados de WM@GQD se muestran en la figura insertada para confirmar la estructura compuesta (Fig. 5c). Dos picos fuertes estuvieron presentes en los perfiles espectrales registrados para GQD (línea azul). La banda G en 1601 cm−1 indica una estructura plana ordenada de los átomos de carbono sp2 (enlace C–C), y la banda D en 1360 cm−1 corresponde a los defectos estructurales sp3 (p. ej., bordes y grupos funcionales). La relación de banda de la intensidad máxima de las bandas D y G (ID/IG = 1,07) puede reflejar la participación de grupos funcionales en los bordes de los GQD en relación con los enlaces C=C en sus estructuras.

Perfiles Raman registrados para (a) WS2 y (b) WM@GQD.

Las composiciones elementales, los estados de valencia y los estados de oxidación de los elementos en los WM@GQD se confirmaron mediante la técnica de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), como se muestra en la Fig. 6a-e. Los espectros de la encuesta XPS del compuesto WM@GQDs muestran la presencia de W 4f, S 2p, Mo 3d, Cu 2p, C 1s y O 1s en forma híbrida. No hay picos adicionales en el espectro de la encuesta, lo que indica la ausencia de impurezas en el híbrido. El espectro de alta resolución de W 4f (Fig. 6b) muestra un pico con una energía de enlace de aproximadamente 40,8 eV, lo que confirma la presencia de cristales de WS2. Se confirmó la presencia de la fase 2H característica (sin contribución observable de WOx). Los perfiles S 2p (Fig. 6c) exhiben el doblete giro-órbita S 2p3/2:2p1/2 a 164,3 y 169,1 eV, respectivamente, correspondiente al estado de oxidación S2− esperado para el WS226 cristalino. Además, la Fig. 6d presenta los dos picos principales en el espectro Mo 3d a 232,8 y 235,7 eV, que se asignan a Mo 3d5/2 y Mo 3d3/2, respectivamente. El espectro C 1s (Fig. 6e) presenta tres picos, correspondientes a C–C/C=C a 284,8 eV, C–O a 287,1 eV y C=O a 289,3 eV27. El espectro O 1s (Fig. 6f) se divide en tres subbandas correspondientes a C–O, C=O y –OH en los GQD. El análisis XPS confirma la presencia de elementos adheridos presentes en el composite WM@GQD.

Perfiles XPS: (a) Survey, (b) W 4f, (c) S 2p, (d) Mo 3d, (e) C 1s, y (f) O 1s perfiles.

La influencia de WS2 y el compuesto WM@GQD se estudió analizando las isotermas de adsorción-desorción de N2. La Figura 7a,b muestra que se registraron curvas de adsorción de isoterma tipo IV con bucles de histéresis tipo H3 (según la clasificación IUPAC) para todas las muestras, lo que indica que se formaron estructuras mesoporosas en todas las muestras28. Los WM@GQD se caracterizaron por una superficie específica máxima de aproximadamente 69,40 m2/g, que fue mayor que la de WS2 (25,30 m2/g). El diámetro de poro de todas las muestras se distribuyó principalmente dentro del rango de 100 a 200 nm, como se muestra en las curvas de distribución del tamaño de poro en el recuadro de la Fig. 7. Según los resultados de BET, la incorporación de GQD en WM@GQD puede aumentar el número de sitios activos, que pueden mejorar la eficiencia de conversión de energía de los CE.

Isotermas de adsorción-desorción de N2 registradas para (a) WS2 y (b) WM@GQDs.

Los espectros UV-Vis de los GQD, WS2 y WM@GQD se presentan en la Fig. 8a. La región de absorción de un semiconductor está relacionada con su estructura de bandas. La energía de banda prohibida (Eg) se puede obtener de la ecuación 29.

(a) Perfiles UV-Vis y (b) Energía de banda prohibida de GQD, WS2 y WM@GQD.

Como se muestra en la Fig. 8a, b, todos ellos muestran el mejor rendimiento de absorción óptica en el rango de luz visible y su borde de absorción es de aproximadamente 546 nm. correspondiente a la energía de banda prohibida (Eg) de 2,46 eV, 2,15 eV y 1,61 eV para WS2, GQD y WM@GQD, respectivamente. Los resultados de UV-Vis DRS confirman que todos los compuestos WM@GQDs preparados tienen buenas propiedades de absorción de luz en la región de luz visible, lo que indica que la actividad catalítica inducida por luz visible podría mejorarse de manera efectiva.

Las pruebas electroquímicas en la Fig. 9a, b muestran la actividad electroquímica de (0.3–0.9% wt) WM@GQDs comparable con Pt CE tradicional, y los parámetros fotovoltaicos detallados como voltaje de circuito abierto (Voc), Factor de relleno (FF) y Short la corriente del circuito (Jsc) se resumen en la Tabla 1. Todas las mediciones de J-V se realizaron bajo luz solar simulada AM 1.5G utilizando un simulador solar de clase AAA. A partir de las curvas J–V, 0,9 % en peso de WM@GQD representa la mayor eficiencia de conversión de energía (PCE) hasta 10,38 % (Voc = 0,68 V, Jsc = 21,97 mA/cm2, FF = 0,68), seguido de 0,6 % en peso de WM@ Los GQD que alcanzaron una eficiencia de conversión de energía de hasta el 9,28 % (Voc = 0,67 V, Jsc = 20,21 mA/cm2, FF = 0,67), mientras que los WM@GQD al 0,3 % en peso mostraron una eficiencia de conversión de energía del 8,45 % (Voc = 0,66 V, Jsc = 18,93 mA/cm2, FF = 0,66) comparable con el electrodo de Pt (10,26%). El voltaje de circuito abierto más alto es fundamental para mantener una fuerza impulsora más alta para los electrones alrededor del circuito a fin de limitar las recombinaciones de huecos de electrones. Además, la mejora de la eficiencia de conversión de energía se debe a la mayor superficie de los WM@GQD para la reducción de I3−30.

Análisis I–V para (a) Pt y (b) (0,3–0,9 % en peso) de WM@GQD.

La resistencia de transferencia de carga en la interfase contraelectrodo-electrolito ha sido investigada a través de la técnica EIS. La Figura 10 y la Tabla 1 representan la curva de Nyquist para los electrodos WM@GQD y Pt correspondientes (0,3–0,9 % en peso) con un rango de frecuencia aplicado de 100 MHz y 100 kHz. Se obtuvieron dos semicírculos, el primer semicírculo representa la transferencia de carga de los materiales FTO a los CE y el segundo semicírculo indica la transferencia de carga del electrodo y el electrolito o la resistencia del electrolito. A partir de los espectros EIS, la resistencia de transferencia de carga del 0,9 % en peso de WM@GQD (35,24 Ω) es menor en comparación con el 0,3 % en peso de WM@GQD y el 0,6 % en peso de WM@GQD, lo que se debe a la mayor conductividad eléctrica del grafeno y la alta actividad catalítica.

Perfiles EIS para Pt y (0,3–0,9 % en peso) de WM@GQD.

El mecanismo de acción de los WM@GQD en la celda DSSC se propone en la Fig. 11. En el primer paso, cuando la luz incide en el lado del fotoánodo (TiO2 absorbe colorantes N719), las moléculas de colorante fotosensible absorben energía de la luz solar. Esto hace que los electrones libres en las moléculas de colorante se exciten y salten del orbital molecular ocupado más alto (HOMO) al orbital molecular desocupado más bajo (LUMO). Luego, los electrones excitados se inyectan en la capa conductora, una banda conductora de dióxido de titanio, y pasan a una capa de vidrio conductor translúcido. Numerosos electrones están presentes en esta capa, y cuando se conecta a una carga externa, se genera una corriente eléctrica a partir del flujo de electrones dentro de la celda a medida que fluyen a través de la carga hacia el cátodo. Este flujo de electrones ocurre continuamente hasta que se completa el ciclo31,32,33.

Representación esquemática del mecanismo de conversión fotovoltaica de WM@GQDs.

Se sintetizó un nuevo material compuesto híbrido, hecho de disulfuro de tungsteno y óxido de cobre de molibdeno con puntos cuánticos de grafeno (WM@GQDs), utilizando un método de ultrasonidos simple y de bajo costo. Se utilizaron técnicas como el análisis de difracción de rayos X, la microscopía electrónica de barrido de emisión de campo y el análisis BET para confirmar la cristalinidad y la morfología del material. Cuando se usó como cátodo WM@GQDs al 0,9 % en peso en una celda solar sensibilizada por colorante, el material tuvo una eficiencia de conversión de energía (PCE) máxima del 10,38 %, que es más alta que la de un electrodo de Pt (10,26 %). La espectroscopia de impedancia electroquímica mostró que el material WM@GQDs tenía una resistencia más baja en comparación con otros materiales catódicos. La estructura única del compuesto híbrido, con la interconexión de WS2-MoCuO3 y GQD que proporciona un área de superficie alta para la máxima absorción del colorante en la superficie del electrodo, puede contribuir a su alto PCE.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Este trabajo (Subvención No. RGNS 64-247) fue apoyado por la Oficina del Secretario Permanente, Ministerio de Educación Superior, Ciencia, Investigación e Innovación (OPS MHESI), Investigación Científica e Innovación de Tailandia (TSRI) y el Instituto de Tecnología del Rey Mongkut. Ladkrabang. Los autores agradecen el apoyo recibido del centro FE-SEM, Escuela de Ingeniería, Instituto de Tecnología del Rey Mongkut Ladkrabang, Bangkok. Los autores agradecen el apoyo del Asst. Prof. Pawinee Klangtakai trabajando en el Departamento de Física de la Universidad de Khon Kaen para ayudar con el proceso de adquisición de medidas.

Departamento de Ingeniería Industrial, Escuela de Ingeniería, Instituto de Tecnología del Rey Mongkut Ladkrabang, Bangkok, 10520, Tailandia

Yonrapach Areerob y Chaowalit Hamontree

Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales Avanzados, Universidad de Hanseo, Seosan-Si, Chungcheongnam-Do, 31962, Corea del Sur

Won Chun Oh

Centro Internacional de Investigación Conjunta de Anhui para Materiales a Base de Nano Carbono y Salud Ambiental, Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Ciencia y Tecnología de Anhui, Huainan, 232001, República Popular de China

Won Chun Oh

Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de Khon Kaen, Khon Kaen, 40002, Tailandia

Theeranuch Nachaithong

Synchrotron Light Research Institute (Organización pública), 111 University Avenue, Muang District, Nakhon Ratchasima, 30000, Tailandia

La sopa es Nijpanich.

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Buriram Rajabhat, Buriram, 31000, Tailandia

Kongsak Pattarith

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YA, CH y la OMA diseñaron la investigación. YA, CH y WCO, SN y TN analizaron los datos. YA y KP el papel.

Correspondencia al Rey Pattarith.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Areerob, Y., Oh, WC., Hamontree, C. et al. Una novela de WS2-MoCuO3 compatible con un punto cuántico de grafeno como contraelectrodo para la aplicación de células solares sensibilizadas por colorante. Informe científico 13, 7762 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34637-3

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Recibido: 08 marzo 2023

Aceptado: 04 mayo 2023

Publicado: 12 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34637-3

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