電紡碳納米纖維上致密生長的Bi2S3納米粒子用作液態太陽能電池對電極

DOI:10.1016/j.materresbull.2020.110800

染料敏化太陽能電池(DSSCs)對電極(CE)需要同時具有良好的導電性和較高的催化活性，復合材料更好地滿足了這兩個要求。本文采用簡單的靜電紡絲和水熱法制備了Bi2S3/碳納米纖維（CNFs）復合材料，通過對Bi2S3含量的優化，在CNFs上致密生長了大量的Bi2S3納米顆粒且沒有團聚現象。首次將Bi2S3/CNFs復合材料作為CE引入DSSCs。優化后的Bi2S3/CNFs復合材料具有良好的電化學性能，光電轉換效率（PCE）為7.64%，優于常用的Pt CE（7.12%）。因此，基于其低廉的成本和簡單的制備工藝，Bi2S3/CNFs CE在開發無Pt CEs方面具有廣闊的前景，有助于促進DSSCs的大規模應用。

圖1.Bi2S3/CNFs-1（a）、Bi2S3/CNFs-2（b，e）和Bi2S3/CNFs-3（c）的SEM圖像，Bi2S3/CNFs-2（d，f）的TEM圖像，Bi2S3納米顆粒的高分辨率晶格圖案（g），Bi2S3/CNFs-2的EDS光譜（h），Bi2S3/CNFs-2的元素映射圖像（i-l）。

圖2.Bi2S3和Bi2S3/CNFs復合材料的XRD圖譜（a），Bi2S3和Bi2S3/CNFs-2樣品的全掃描光譜（b）、Bi 4f和S 2p（c），Bi2S3/CNFs-2樣品的C 1s（d）XPS光譜。

圖3.Bi2S3/CNFs-2的N2吸附-解吸等溫線（a），Bi2S3/CNFs-2的Barrett-Joyner-Halenda（BJH）孔徑分布曲線（b）。

圖4.添加碘化物電解質的CNFs、Bi2S3/CNFs-1、Bi2S3/CNFs-2、Bi2S3/CNFs-3、Pt CEs（a）和Bi2S3/CNFs-2 CEs（b）在50個循環中，以50 mV s-1掃描速率的循環伏安曲線（CV）。

圖5.CNFs、Bi2S3/CNFs-1、Bi2S3/CNFs-2、Bi2S3/CNFs-3、Pt CEs的奈奎斯特圖。

圖6.使用CNFs、Bi2S3/CNFs-1、Bi2S3/CNFs-2、Bi2S3/CNFs-3、Pt CEs的DSSCs的光電流密度-電壓（J-V）曲線。

圖7.使用不同厚度Bi2S3/CNFs-2 CEs的DSSCs的光電流密度-電壓（J-V）曲線。

圖8.CNFs、Bi2S3/CNFs-1、Bi2S3/CNFs-2、Bi2S3/CNFs-3、Pt CEs的Tafel極化曲線。