KR20230130868A - rGO-Cu2S counter electrode and solar cell, and method for preparing them - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an rGO-Cu_2S counter electrode, a solar cell, and a manufacturing method thereof. The present invention provides a method of manufacturing a counter electrode to form reduced graphene oxide (rGO)-Cu_2S by a one-step electrochemical co-reduction process resulting in simultaneous reduction of graphene oxide (GO) and Cu_2+ followed by a sulfurization process. Therefore, it is possible to manufacture a novel and environmentally friendly counter electrode easily.

Description

rGO-Cu2S 상대전극과 태양전지 및 이의 제조방법{rGO-Cu2S counter electrode and solar cell, and method for preparing them}rGO-Cu2S counter electrode and solar cell, and method for preparing them {rGO-Cu2S counter electrode and solar cell, and method for preparing them}

본 발명은 rGO-Cu2S 상대전극과 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rGO-Cu 2 S counter electrode, solar cell, and method for manufacturing the same.

재생 에너지는 그린 대기의 개발과 관련하여 최근에 가장 좋은 대체 에너지원으로서 부상하였다. 양자점 감응 태양전지(QDSSC)는 3세대 태양전지의 한 형태로 고려되었고, 경제적 특성, 용이한 제조, 및 높은 이론적 전력 변환 효율(PCE)과 같은 현저한 특성으로 인해 폭 넓게 채택되고 있다. 양자점(QD)은 조정 가능한 밴드 갭을 갖고, 또한 다수의 전자/정공 쌍을 발생시킬 수 있어서, QDSSC에서 감응제로서 작용하며, 따라서 광발전 시스템으로서 상당한 주목을 끌었다. 일반적으로, QDSSC는 QD(예를 들어, PbS, ZnS, CdS, CdSe, 및 SnSe)로 감응된 포토애노드(예를 들어, TiO2), 상대전극(CE), 및 레독스 커플(예를 들어, S2-/Sx 2-)을 함유하는 전해질을 포함한다.Renewable energy has recently emerged as the best alternative energy source with regard to the development of green air. Quantum dot-sensitized solar cells (QDSSCs) have been considered as a type of third-generation solar cells and have been widely adopted due to their outstanding properties such as economical properties, easy manufacturing, and high theoretical power conversion efficiency (PCE). Quantum dots (QDs) have a tunable band gap and can also generate multiple electron/hole pairs, acting as sensitizers in QDSSCs and thus have attracted considerable attention as photovoltaic systems. Typically, a QDSSC consists of a photoanode (e.g., TiO 2 ) sensitized with QDs (e.g., PbS, ZnS, CdS, CdSe, and SnSe), a counter electrode (CE), and a redox couple (e.g. , S 2- /S x 2- ).

QDSSC의 이론적 이점에도 불구하고, PCE의 낮은 효율을 개선하는 것이 과제이다. QDSSC의 PCE를 증가시키기 위해, CE의 촉매 활성의 향상이 유망한 결과를 나타냈다. 따라서, 셀 내부에서 일어나는 레독스 반응을 촉매 작용하는 CE는 QDSSC에서 중요한 구성요소에 해당한다. 통상적으로, 귀금속 Pt 필름이 양자점 염료 감응 태양전지(QDSSC)의 효율적인 CE로서 주로 이용되었다. 그러나, Pt는 폴리설파이드 전해질을 갖는 QDSSC의 CE로서 적합하지 않은데, 그 이유는 이들이 흡착된 황 이온과의 표면 피독에 의해 낮은 전기촉매 활성을 나타내기 때문이다. 이 문제를 극복하기 위해, Cu2S, CoS, NiS, 및 탄소 재료와 같은 다양한 대체 전기촉매가 탐구되었다. 이들 대체물 중에서, Cu2S가 그 낮은 비용 및 높은 전기촉매 능력 때문에 많이 이용되었다. 그러나, 전기촉매로서 Cu2S의 기계적 불안정성이 제조 시에 주요 제한 인자이다.Despite the theoretical advantages of QDSSC, improving the low efficiency of PCE is a challenge. To increase the PCE of QDSSC, the enhancement of the catalytic activity of CE showed promising results. Therefore, CE, which catalyzes the redox reaction that occurs inside the cell, is an important component in QDSSC. Traditionally, noble metal Pt films have been mainly used as efficient CE for quantum dot dye-sensitized solar cells (QDSSC). However, Pt is not suitable as CE for QDSSC with polysulfide electrolyte because it exhibits low electrocatalytic activity due to surface poisoning with adsorbed sulfur ions. To overcome this problem, various alternative electrocatalysts have been explored, such as Cu 2 S, CoS, NiS, and carbon materials. Among these alternatives, Cu 2 S has been widely used due to its low cost and high electrocatalytic ability. However, the mechanical instability of Cu 2 S as an electrocatalyst is a major limiting factor during its preparation.

이 문제를 해결하고 Cu2S CE의 전기촉매 특성을 추가로 개선하기 위해, 몇몇 연구가 결합 재료로서 환원된 그래핀 산화물(rGO)을 도입하였다. 큰 이론적 비표면적, 높은 열 전도도, 큰 고유 전자 이동도, 및 양호한 기계적 강도가 rGO를 QDSSC의 CE를 개질하는 효과적인 재료로 만들었다. 보고에 따르면, Cu2S의 표면 상의 rGO는 CE의 전기촉매 특성 및 QDSSC의 전체 효율을 모두 향상시켰다. 예를 들어, Yuan 등은 용매열 공정에 이은 스핀 코팅에 의해 제조된 (rGO)-Cu2S 복합체를 조사하였고, 이를 QDSSC의 CE로서 이용하였으며; 4.76%의 효율이 얻어졌다. 또한, Ye 등은 용매열 절차에 이은 닥터 블레이드 방법에 의해 (rGO)-Cu2S CE를 제조하였고, 3.85%의 효율을 얻었다. 유사하게, CuxS-rGO CE가 Hessein 등에 의해 제조되었고, 2.36%의 최적 효율을 얻었다. 그러나, 모든 이들 보고된 연구에서, rGO에 의한 Cu2S의 전극 개질은 통상적으로 수열 또는 용매열 방법에 이은 닥터 블렌딩 또는 스핀 코팅과 같은 물리적 방법을 이용한 다수의 단계로 수행되었다. 모든 이들 보고된 방법은 다수의 시간-소모적인 단계들, 열적 공정을 위한 높은 비용의 온도 시스템, 및 추가적인 바인딩 시약을 필요로 하고, 이들은 또한 공정 조작에 민감하다. 따라서, rGO-Cu2S CE의 제조 방법은 더욱 과학적이고, 경제적이며, 빠르고, 쉽도록 조심스럽게 다시 제작될 필요가 있다.To solve this problem and further improve the electrocatalytic properties of Cu 2 S CE, several studies have introduced reduced graphene oxide (rGO) as a binding material. The large theoretical specific surface area, high thermal conductivity, large intrinsic electron mobility, and good mechanical strength made rGO an effective material to modify the CE of QDSSC. Reportedly, rGO on the surface of Cu 2 S improved both the electrocatalytic properties of CE and the overall efficiency of QDSSC. For example, Yuan et al. investigated (rGO)-Cu 2 S composite prepared by solvothermal process followed by spin coating and used it as CE for QDSSC; An efficiency of 4.76% was obtained. Additionally, Ye et al. prepared (rGO)-Cu 2 S CE by a doctor blade method followed by a solvothermal procedure and obtained an efficiency of 3.85%. Similarly, Cu x S-rGO CE was prepared by Hessein et al., and an optimal efficiency of 2.36% was obtained. However, in all these reported studies, the electrode modification of Cu 2 S by rGO was typically performed in multiple steps using physical methods such as hydrothermal or solvothermal methods followed by doctor blending or spin coating. All these reported methods require multiple time-consuming steps, expensive temperature systems for thermal processing, and additional binding reagents, and they are also sensitive to process manipulations. Therefore, the manufacturing method of rGO-Cu 2 S CE needs to be carefully redesigned to be more scientific, economical, fast, and easy.

본 발명의 목적은 새로운 rGO-Cu2S 상대전극과 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a new rGO-Cu 2 S counter electrode, solar cell, and method for manufacturing the same.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해: 그래핀 산화물(GO) 및 Cu2+의 동시 환원을 초래하는 1-단계의 전기화학적 공-환원 공정에 이은 황화 공정에 의해, 환원된 그래핀 산화물(rGO)-Cu2S를 형성하는 상대전극 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above-described object, the present invention: produces reduced graphene oxide (GO) by a one-step electrochemical co-reduction process followed by a sulfurization process resulting in simultaneous reduction of graphene oxide (GO) and Cu 2+ A method for manufacturing a counter electrode forming rGO)-Cu 2 S is provided.

본 발명에서 전기화학적 공-환원 공정은 4 내지 6 사이클의 순환 전압전류법을 이용하여 수행될 수 있다.In the present invention, the electrochemical co-reduction process can be performed using 4 to 6 cycles of cyclic voltammetry.

본 발명에서 전기화학적 공-환원 공정은 -1.6 내지 0.8 V의 전위 범위에서 동전위 전착 방법을 이용하는 전기화학적 공-증착 공정일 수 있다.In the present invention, the electrochemical co-reduction process may be an electrochemical co-deposition process using an electropotential electrodeposition method in a potential range of -1.6 to 0.8 V.

또한, 본 발명은 상술한 방법에 따라 제조된 rGO-Cu2S를 포함하는 상대전극을 제공한다.Additionally, the present invention provides a counter electrode containing rGO-Cu 2 S prepared according to the above-described method.

본 발명에서 rGO-Cu2S는 rGO 표면에 의해 완전히 래핑되는 Cu2S 마이크로스피어를 포함할 수 있다.In the present invention, rGO-Cu 2 S may include Cu 2 S microspheres completely wrapped by the rGO surface.

본 발명에서 rGO-Cu2S는 비정질 구조를 가질 수 있다.In the present invention, rGO-Cu 2 S may have an amorphous structure.

본 발명에서 rGO-Cu2S는 36 내지 42 원자%의 Cu, 22 내지 28 원자%의 C, 13 내지 19 원자%의 O, 및 17 내지 23 원자%의 S를 포함할 수 있다.In the present invention, rGO-Cu 2 S may include 36 to 42 atomic% of Cu, 22 to 28 atomic% of C, 13 to 19 atomic% of O, and 17 to 23 atomic% of S.

본 발명에서 rGO-Cu2S의 광학적 밴드 갭은 1.1 내지 1.4 eV일 수 있다.In the present invention, the optical band gap of rGO-Cu 2 S may be 1.1 to 1.4 eV.

또한, 본 발명은 상술한 상대전극; 포토애노드; 및 상대전극과 포토애노드 사이에 배치되는 레독스 전해질을 포함하는 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention includes the above-described counter electrode; photoanode; and a redox electrolyte disposed between the counter electrode and the photoanode.

본 발명에 따른 태양전지는 양자점 감응 태양전지일 수 있다.The solar cell according to the present invention may be a quantum dot-sensitized solar cell.

본 발명에서 포토애노드는 기판 상에 증착된 TiO2 필름, TiO2 필름의 표면 상에 증착된 CdS 및 CdSe 양자점, 양자점 상에 코팅된 ZnS층을 포함할 수 있다.In the present invention, the photoanode may include a TiO 2 film deposited on a substrate, CdS and CdSe quantum dots deposited on the surface of the TiO 2 film, and a ZnS layer coated on the quantum dots.

본 발명에서 레독스 전해질은 S, Na2S, 및 KCl을 포함하는 폴리설파이드일 수 있다.In the present invention, the redox electrolyte may be polysulfide containing S, Na 2 S, and KCl.

본 발명에 따른 태양전지의 전력 변환 효율(PCE)은 3.9 내지 4.8%, 단락-회로 전류 밀도(Jsc)는 16.3 내지 18.4 mA/㎠, 개방 회로 전압(Voc)은 0.55 내지 0.6 V, 충전율(FF)은 43 내지 48%일 수 있다.The power conversion efficiency (PCE) of the solar cell according to the present invention is 3.9 to 4.8%, the short-circuit current density (J sc ) is 16.3 to 18.4 mA/cm2, the open circuit voltage (V oc ) is 0.55 to 0.6 V, and the charging rate is (FF) may be 43 to 48%.

본 발명은 1-단계의 손쉬운 전기화학적 공-환원 공정에 이은 용이한 황화에 의해, 신규하고 환경 친화적인 상대전극 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 더욱 경제적이고, 과학적이며, 조작하기 쉽고, 덜 시간-소모적이다. 본 발명에 따른 상대전극을 포함하는 태양전지는 우수한 효율을 나타낸다.The present invention provides a novel and environmentally friendly counter electrode manufacturing method by a facile one-step electrochemical co-reduction process followed by facile sulfurization. The method according to the invention is more economical, scientific, easy to operate and less time-consuming. A solar cell including a counter electrode according to the present invention exhibits excellent efficiency.

도 1은 (a) Cu2+의 전기화학적 환원 및 (b) Cu2+ 및 GO의 전기화학적 공-환원에서 얻어진 CV 곡선을 나타낸다.
도 2는 (a) Cu2S (5), (b) rGO-Cu2S (3), (c) rGO-Cu2S (5) 및 (d) rGO-Cu2S (7) 필름의 평면도 이미지를 나타낸다. (a-d)에서의 삽입도면은 각 필름의 확대된 이미지를 나타낸다.
도 3은 rGO-Cu2S (5)의 전형적인 (a) TEM 그리고 (b) 및 (c) HRTEM 이미지를 나타내고; (b)에서의 내접원은 Cu2S의 이미지를 나타내며, (c)의 삽입도면은 rGO-Cu2S (5)에 대한 SAED 패턴을 나타낸다. 또한, (d) C, (e) Cu, 및 (f) S의 EDX 매핑을 나타낸다.
도 4는 (a) GO 및 (b) rGO-Cu2S (5)의 C1s의 XPS 스펙트럼 그리고 rGO-Cu2S (5)의 (C) Cu 2p 및 (d) S 2p 스펙트럼을 나타낸다.
도 5는 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (7) CE 각각에 대해 CE/전해질/CE로 구성되는 대칭 셀의 Nyquist 플롯을 나타낸다. 삽입도면은 Pt CE에 대한 Nyquist 플롯 및 데이터 피팅에 사용된 전기 등가 회로 모델을 나타낸다.
도 6은 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (7) CE에 대해 CE/전해질/CE를 포함하는 대칭 셀의 Tafel 분극 곡선을 나타낸다.
도 7은 각각 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (7) CE를 갖는 QDSSC의 (a) 광발전 J-V 성능 및 (b) IPCE 스펙트럼을 나타낸다.
Figure 1 shows CV curves obtained from (a) electrochemical reduction of Cu 2+ and (b) electrochemical co-reduction of Cu 2+ and GO.
Figure 2 shows (a) Cu 2 S (5), (b) rGO-Cu 2 S (3), (c) rGO-Cu 2 S (5), and (d) rGO-Cu 2 S (7) films. Displays a floor plan image. The insets in (ad) show enlarged images of each film.
Figure 3 shows typical (a) TEM and (b) and (c) HRTEM images of rGO-Cu 2 S (5); The inscribed circle in (b) represents the image of Cu 2 S, and the inset in (c) represents the SAED pattern for rGO-Cu 2 S (5). Additionally, EDX mappings of (d) C, (e) Cu, and (f) S are shown.
Figure 4 shows the XPS spectra of (a) GO and (b) C1s of rGO-Cu 2 S (5) and (C) Cu 2p and (d) S 2p spectra of rGO-Cu 2 S (5).
Figure 5 shows the CE/electrolyte/CE composition for Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (7) CE, respectively. Shows the Nyquist plot of a symmetric cell. The inset shows the Nyquist plot for Pt CE and the electrical equivalent circuit model used for data fitting.
Figure 6 shows the symmetry of Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (7) CEs with CE/electrolyte/CE. The Tafel polarization curve of the cell is shown.
Figure 7 shows (a) photovoltaic JV of QDSSC with Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (7) CE, respectively. Performance and (b) IPCE spectrum are shown.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 상대전극 제조방법은 그래핀 산화물(GO) 및 Cu2+의 동시 환원을 초래하는 1-단계의 전기화학적 공-환원 공정에 이은 황화 공정에 의해, 환원된 그래핀 산화물(rGO)-Cu2S를 형성하는 것을 특징으로 한다.The counter electrode manufacturing method according to the present invention is a one-step electrochemical co-reduction process that results in simultaneous reduction of graphene oxide (GO) and Cu 2+ , followed by a sulfurization process to produce reduced graphene oxide (rGO). -Cu 2 S is formed.

전기화학적 공-환원 공정은 순환 전압전류법을 이용하여 수행될 수 있는데, 순환 전압전류법의 사이클 수는 예를 들어 3 내지 7 사이클, 바람직하게는 4 내지 6 사이클, 가장 바람직하게는 5 사이클일 수 있다. 5 사이클의 순환 전압전류법으로 제조된 rGO-Cu2S (5)를 갖는 태양전지(QDSSC)는 우수한 효율을 나타낸다.The electrochemical co-reduction process can be carried out using cyclic voltammetry, where the number of cycles is for example 3 to 7 cycles, preferably 4 to 6 cycles, most preferably 5 cycles. You can. Solar cells (QDSSC) with rGO-Cu 2 S (5) prepared by 5-cycle cyclic voltammetry show excellent efficiency.

또한, 전기화학적 공-환원 공정은 -1.6 내지 0.8 V의 전위 범위에서 동전위 전착 방법을 이용하는 전기화학적 공-증착 공정일 수 있다.Additionally, the electrochemical co-reduction process may be an electrochemical co-deposition process using an electropotential electrodeposition method in a potential range of -1.6 to 0.8 V.

그래핀 산화물(GO)은 수정된 Hummers 방법에 의해 흑연 분말로부터 제조될 수 있다.Graphene oxide (GO) can be prepared from graphite powder by the modified Hummers method.

rGO-Cu2S 상대전극(CE)은 전기화학적 공-증착 방법에 의해 제조될 수 있다. rGO-Cu2S CE는 기판 상에 증착될 수 있고, 기판으로는 불소-도핑된 주석 산화물(FTO) 등을 사용할 수 있고, 증착 이전에 기판을 초음파 처리 하에 아세톤과 에탄올 및 탈이온(DI)수로 세척할 수 있다.The rGO-Cu 2 S counter electrode (CE) can be prepared by an electrochemical co-deposition method. rGO-Cu 2 S CE can be deposited on a substrate, and fluorine-doped tin oxide (FTO), etc. can be used as the substrate, and prior to deposition, the substrate is soaked in acetone, ethanol, and deionized (DI) under ultrasonic treatment. It can be washed with water.

증착 혼합물을 제조하기 전에 GO의 분산을 위해, GO를 초음파 처리할 수 있다. 증착 혼합물은 구리 화합물 및 잘-분산된 GO를 함유하는 수용액일 수 있다. 구리 화합물로는 황산구리 및 질산구리 등을 사용할 수 있고, 그 농도는 예를 들어, 5±3 mM일 수 있다. GO의 농도는 예를 들어 0.1±0.05 mg/mL일 수 있다. 이러한 수용액을 -1.6 내지 0.8 V의 전위 범위에서 동전위 전착 방법을 이용하는 전기화학적 공-증착 공정에 사용할 수 있다. 공-증착 공정 이후에 필름을 건조할 수 있다.To disperse GO before preparing the deposition mixture, GO can be sonicated. The deposition mixture may be an aqueous solution containing a copper compound and well-dispersed GO. Copper compounds such as copper sulfate and copper nitrate can be used, and the concentration can be, for example, 5±3mM. The concentration of GO may be, for example, 0.1 ± 0.05 mg/mL. This aqueous solution can be used in an electrochemical co-deposition process using an electropotential electrodeposition method in a potential range of -1.6 to 0.8 V. The film can be dried after the co-deposition process.

이후에, 황화 공정은 전기화학적 공-증착 후에 얻어진 건조된 rGO-Cu2+ 필름을 S 및 Na2S를 함유하는 수성 폴리설파이드 용액에 담가서 수행할 수 있다. S 및 Na2S의 농도는 각각 독립적으로 예를 들어 1±0.5 M일 수 있다. 담근 시간은 예를 들어 10 내지 60초일 수 있다. 황화 공정 이후에 필름을 세척한 후 건조함으로써, 최종적으로 상대전극 박막을 얻을 수 있다.Afterwards, the sulfurization process can be performed by immersing the dried rGO-Cu 2+ film obtained after electrochemical co-deposition into an aqueous polysulfide solution containing S and Na 2 S. The concentrations of S and Na 2 S may each independently be, for example, 1 ± 0.5 M. The soaking time may be, for example, 10 to 60 seconds. After the sulfurization process, the film is washed and dried to finally obtain a counter electrode thin film.

또한, 본 발명은 상술한 방법에 따라 제조된 rGO-Cu2S를 포함하는 상대전극을 제공한다.Additionally, the present invention provides a counter electrode containing rGO-Cu 2 S prepared according to the above-described method.

rGO-Cu2S는 rGO 표면에 의해 완전히 래핑되는 Cu2S 마이크로스피어를 포함할 수 있다. Cu2S는 마이크로스피어 구조를 가질 수 있고, Cu2S 마이크로스피어는 나노플레이크에 의해 형성될 수 있으며, Cu2S 마이크로스피어는 rGO 표면에 의해 완전히 래핑필 수 있다.rGO-Cu 2 S may contain Cu 2 S microspheres that are completely wrapped by the rGO surface. Cu 2 S can have a microsphere structure, Cu 2 S microspheres can be formed by nanoflakes, and Cu 2 S microspheres can be completely wrapped by the rGO surface.

rGO-Cu2S의 두께는 예를 들어 0.48 내지 0.68 ㎛, 바람직하게는 0.53 내지 0.63 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.56 내지 0.6 ㎛일 수 있다. 또한, rGO-Cu2S는 비정질 구조를 가질 수 있다.The thickness of rGO-Cu 2 S may be, for example, 0.48 to 0.68 ㎛, preferably 0.53 to 0.63 ㎛, more preferably 0.56 to 0.6 ㎛. Additionally, rGO-Cu 2 S may have an amorphous structure.

rGO-Cu2S는 36 내지 42 원자%의 Cu, 22 내지 28 원자%의 C, 13 내지 19 원자%의 O, 및 17 내지 23 원자%의 S를 포함할 수 있다. 바람직하게는, rGO-Cu2S는 37 내지 41 원자%의 Cu, 23 내지 27 원자%의 C, 14 내지 18 원자%의 O, 및 18 내지 22 원자%의 S를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, rGO-Cu2S는 38 내지 40 원자%의 Cu, 24 내지 26 원자%의 C, 15 내지 17 원자%의 O, 및 19 내지 21 원자%의 S를 포함할 수 있다.rGO-Cu 2 S may include 36 to 42 atomic % Cu, 22 to 28 atomic % C, 13 to 19 atomic % O, and 17 to 23 atomic % S. Preferably, rGO-Cu 2 S may comprise 37 to 41 atomic % Cu, 23 to 27 atomic % C, 14 to 18 atomic % O, and 18 to 22 atomic % S. More preferably, rGO-Cu 2 S may include 38 to 40 atomic% Cu, 24 to 26 atomic% C, 15 to 17 atomic% O, and 19 to 21 atomic% S.

rGO-Cu2S 표면에서, Cu2S로서, Cu의 산화상태는 +1일 수 있다. 또한, Cu2S에서 Cu 이온과 S 이온은 배위 결합할 수 있다.On the rGO-Cu 2 S surface, as Cu 2 S, the oxidation state of Cu may be +1. Additionally, in Cu 2 S, Cu ions and S ions can form a coordination bond.

rGO의 존재는 근적외선(NIR) 영역 부근의 흡광을 향상시킬 수 있고, 광학적 밴드 갭을 변경시킬 수 있다. rGO-Cu2S의 광학적 밴드 갭은 1.1 내지 1.4 eV, 바람직하게는 1.2 내지 1.3 eV일 수 있다.The presence of rGO can enhance the absorption near the near-infrared (NIR) region and change the optical band gap. The optical band gap of rGO-Cu 2 S may be 1.1 to 1.4 eV, preferably 1.2 to 1.3 eV.

또한, 본 발명은 상술한 상대전극; 포토애노드; 및 상대전극과 포토애노드 사이에 배치되는 레독스 전해질을 포함하는 태양전지를 제공한다. 태양전지는 양자점 감응 태양전지(QDSSC)일 수 있다.In addition, the present invention includes the above-described counter electrode; photoanode; and a redox electrolyte disposed between the counter electrode and the photoanode. The solar cell may be a quantum dot-sensitized solar cell (QDSSC).

포토애노드는 기판 상에 증착된 TiO2 필름, TiO2 필름의 표면 상에 증착된 CdS 및 CdSe 양자점, 양자점 상에 코팅된 ZnS층을 포함할 수 있다. 기판으로는 FTO 기판 등을 사용할 수 있다.The photoanode may include a TiO 2 film deposited on a substrate, CdS and CdSe quantum dots deposited on the surface of the TiO 2 film, and a ZnS layer coated on the quantum dots. As a substrate, an FTO substrate or the like can be used.

TiO2 필름은 닥터 블레이딩 방법을 이용하여 코팅한 후 소결하여 형성할 수 있다. TiO2 필름은 메조다공성 코팅층일 수 있고, 10±5 ㎛의 두께를 가질 수 있다.TiO 2 film can be formed by coating using a doctor blading method and then sintering. The TiO 2 film may be a mesoporous coating layer and may have a thickness of 10 ± 5 ㎛.

CdS 및 CdSe 양자점(QD)은 연속 이온층 흡착 및 반응(SILAR) 방법을 이용하여 TiO2 필름의 표면 상에 증착할 수 있다. CdS QD의 경우, 예를 들어 Cd(NO3)2 용액 및 Na2S 용액에 TiO2 필름을 순차적으로 담가서 형성할 수 있다. Cd(NO3)2 용액 및 Na2S 용액의 농도는 각각 독립적으로 예를 들어 0.1±0.05 M일 수 있고, 담금 시간은 각각 독립적으로 예를 들어 1±0.5분일 수 있다. SILAR 사이클은 6±2번 반복할 수 있다.CdS and CdSe quantum dots (QDs) can be deposited on the surface of TiO 2 films using the continuous ion layer adsorption and reaction (SILAR) method. In the case of CdS QDs, for example, they can be formed by sequentially immersing a TiO 2 film in a Cd(NO 3 ) 2 solution and a Na 2 S solution. The concentrations of the Cd(NO 3 ) 2 solution and the Na 2 S solution may each independently be, for example, 0.1 ± 0.05 M, and the immersion time may each independently be, for example, 1 ± 0.5 minutes. The SILAR cycle can be repeated 6 ± 2 times.

CdSe QD의 경우. 예를 들어 Cd(NO3)2 용액 및 Na2Se 용액을 이용하여 형성할 수 있고, 각 용액의 농도는 예를 들어 30±10 mM일 수 있다. Na2Se 용액은 30±10 mM SeO2 및 60±20 mM NaBH4 용액을 이용하여 제조할 수 있다. SILAR 공정은 Cd(NO3)2 용액에 TiO2/CdS-QD 필름을 담근 후, Na2Se 용액에 담그는 단계를 수반할 수 있고, 담금 시간은 각각 독립적으로 예를 들어 1±0.5분일 수 있으며, SILAR 사이클은 7±2번 반복할 수 있다.For CdSe QDs. For example, it can be formed using a Cd(NO 3 ) 2 solution and a Na 2 Se solution, and the concentration of each solution can be, for example, 30 ± 10 mM. Na 2 Se solution can be prepared using 30±10mM SeO 2 and 60±20mM NaBH 4 solution. The SILAR process may involve dipping the TiO 2 /CdS-QD film in a Cd(NO 3 ) 2 solution and then in a Na 2 Se solution, with the immersion times each independently being, for example, 1 ± 0.5 minutes. , the SILAR cycle can be repeated 7 ± 2 times.

얻어진 TiO2/CdS/CdSe-QD 필름 위에 SILAR 공정에 의해 ZnS 패시베이션 층을 코팅할 수 있다. 예를 들어 Zn(NO3)2 용액 및 Na2S 용액을 이용할 수 있고, 각 용액의 농도는 예를 들어 0.1±0.05 M일 수 있으며, SILAR 공정은 2±1 사이클 동안 반복할 수 있다.A ZnS passivation layer can be coated on the obtained TiO 2 /CdS/CdSe-QD film by the SILAR process. For example, Zn(NO 3 ) 2 solution and Na 2 S solution can be used, the concentration of each solution can be, for example, 0.1 ± 0.05 M, and the SILAR process can be repeated for 2 ± 1 cycles.

레독스 전해질은 포토애노드로서 CdS/CdSe-QD-조립된 TiO2 필름 및 rGO-Cu2S CE를 60±20 ㎛ 두께의 실링 재료를 이용하여 샌드위치한 후 주입할 수 있다. 레독스 전해질은 S, Na2S, 및 KCl을 포함하는 폴리설파이드일 수 있다. S 및 Na2S의 농도는 각각 독립적으로 예를 들어 1±0.5 M일 수 있고, KCl의 농도는 예를 들어 0.2±0.1 M일 수 있다.The redox electrolyte can be injected as a photoanode after sandwiching CdS/CdSe-QD-assembled TiO 2 film and rGO-Cu 2 S CE using a sealing material with a thickness of 60 ± 20 ㎛. The redox electrolyte may be a polysulfide containing S, Na 2 S, and KCl. The concentrations of S and Na 2 S may each independently be, for example, 1 ± 0.5 M, and the concentration of KCl may be, for example, 0.2 ± 0.1 M.

태양전지의 전하 이동 저항(Rct)은 예를 들어 4 내지 5 Ω, 바람직하게는 4.5 내지 4.9 Ω, 더욱 바람직하게는 4.6 내지 4.8 Ω일 수 있다. 태양전지의 CE 및 전해질 사이의 직렬 저항(Rs)은 예를 들어 6 내지 6.7 Ω, 바람직하게는 6.2 내지 6.6 Ω, 더욱 바람직하게는 6.4 내지 6.6 Ω일 수 있다. 태양전지의 일정 위상 요소(CPE)는 2.91 × 10-3 내지 3.3 × 10-3 ㎌, 바람직하게는 3 × 10-3 내지 3.2 × 10-3 ㎌, 더욱 바람직하게는 3.05 × 10-3 내지 3.15 × 10-3 ㎌일 수 있다.The charge transfer resistance (R ct ) of the solar cell may be, for example, 4 to 5 Ω, preferably 4.5 to 4.9 Ω, and more preferably 4.6 to 4.8 Ω. The series resistance (R s ) between the CE of the solar cell and the electrolyte may be, for example, 6 to 6.7 Ω, preferably 6.2 to 6.6 Ω, and more preferably 6.4 to 6.6 Ω. The constant phase element (CPE) of the solar cell is 2.91 × 10 -3 to 3.3 × 10 -3 ㎌, preferably 3 × 10 -3 to 3.2 × 10 -3 ㎌, more preferably 3.05 × 10 -3 to 3.15. It may be × 10 -3 ㎌.

rGO-Cu2S의 낮은 Rct는 rGO의 도입 때문일 수 있고, Cu2S 마이크로스피어의 표면 상의 rGO 나노시트에 기인할 수 있으며, 나노시트는 CE 필름에서 효율적인 전도성 골격을 만들어 기계적 강도를 제공할 뿐만 아니라 전자 이동을 용이하게 할 수 있다. 낮은 Rct를 갖는 표면은 전해질의 재생률을 증가시킬 뿐만 아니라, 전자 전달 중에 에너지 손실을 낮출 수 있고, 그 결과 태양전지의 전체 광발전 성능을 향상시킬 수 있다.The low R ct of rGO-Cu 2 S may be due to the introduction of rGO and rGO nanosheets on the surface of Cu 2 S microspheres, and the nanosheets could create an efficient conductive framework in the CE film and provide mechanical strength. In addition, it can facilitate electron movement. A surface with low R ct can not only increase the regeneration rate of the electrolyte, but also lower energy loss during electron transfer, thereby improving the overall photovoltaic performance of the solar cell.

CPE가 클수록 표면 거칠기를 및 활성 표면적을 향상시킬 수 있다. rGO-Cu2S의 유효 표면적은 예를 들어 0.085 내지 0.12 ㎠, 바람직하게는 0.09 내지 0.115 ㎠, 더욱 바람직하게는 0.095 내지 0.11 ㎠일 수 있다.The larger the CPE, the better the surface roughness and active surface area. The effective surface area of rGO-Cu 2 S may be, for example, 0.085 to 0.12 cm2, preferably 0.09 to 0.115 cm2, more preferably 0.095 to 0.11 cm2.

태양전지의 전력 변환 효율(PCE)은 예를 들어 3.9 내지 4.8%, 바람직하게는 4 내지 4.6%, 더욱 바람직하게는 4.1 내지 4.4%일 수 있다. 태양전지의 단락-회로 전류 밀도(Jsc)는 예를 들어 16.3 내지 18.4 mA/㎠, 바람직하게는 16.5 내지 18 mA/㎠, 더욱 바람직하게는 17 내지 17.5 mA/㎠일 수 있다. 태양전지의 개방 회로 전압(Voc)은 예를 들어 0.55 내지 0.6 V, 바람직하게는 0.56 내지 0.58 V일 수 있다. 태양전지의 충전율(FF)은 예를 들어 43 내지 48%, 바람직하게는 43.3 내지 46%, 더욱 바람직하게는 43.5 내지 45%일 수 있다.The power conversion efficiency (PCE) of the solar cell may be, for example, 3.9 to 4.8%, preferably 4 to 4.6%, and more preferably 4.1 to 4.4%. The short-circuit current density (J sc ) of the solar cell may be, for example, 16.3 to 18.4 mA/cm2, preferably 16.5 to 18 mA/cm2, more preferably 17 to 17.5 mA/cm2. The open circuit voltage (V oc ) of the solar cell may be, for example, 0.55 to 0.6 V, preferably 0.56 to 0.58 V. The charge factor (FF) of the solar cell may be, for example, 43 to 48%, preferably 43.3 to 46%, and more preferably 43.5 to 45%.

rGO-Cu2S의 개선된 Jsc 및 FF는 각각 낮은 Rct 및 Rs 값에 기인할 수 있고, 그 결과 rGO-Cu2S의 효율을 개선할 수 있다. rGO-Cu2S CE에서 Cu2S와 함께 rGO의 증착은 실현 가능한 전하 이동, 기판 표면과의 개선된 전기 접촉, 및 향상된 활성 표면적을 나타낼 수 있다. rGO-Cu2S는 그 용이한 제조, 낮은 비용 및 덜 시간-소모적인 전착 방법으로 인해, QDSSC, DSSC, (광)전기화학적 산소 및 수소 발생 셀, 및 슈퍼커패시터를 포함하는 다양한 용도에 효율적인 전기촉매로서 유망할 수 있다.The improved J sc and FF of rGO-Cu 2 S can be attributed to the lower R ct and R s values, respectively, resulting in improved efficiency of rGO-Cu 2 S. Deposition of rGO with Cu 2 S in rGO-Cu 2 S CE can exhibit feasible charge transfer, improved electrical contact with the substrate surface, and enhanced active surface area. Due to its easy fabrication, low cost, and less time-consuming electrodeposition method, rGO-Cu 2 S is an efficient electrical device for a variety of applications, including QDSSC, DSSC, (photo)electrochemical oxygen and hydrogen generation cells, and supercapacitors. It may be promising as a catalyst.

[실시예][Example]

본 발명에서는 GO 및 Cu2+의 동시 환원을 초래하는 1-단계의 손쉬운 전기화학적 공-환원 공정에 이은 용이한 황화에 의해, rGO-Cu2S CE의 신규하고 환경 친화적인 제조 방법을 보고한다. 이 방법은 더욱 경제적이고, 과학적이며, 조작하기 쉽고, 덜 시간-소모적이다. 순환 전압전류법이 추가적인 바인딩 시약의 이용 없이 증착에 이용되었고, 이어서 쉬운 황화 공정으로 rGO-Cu2S CE를 제조하였다. 결과적으로, 5 사이클의 순환 전압전류법으로 제조된 rGO-Cu2S (5)를 갖는 QDSSC는 Cu2S의 것(3.77%)보다 우수한 4.26%의 최대 효율을 나타냈다.In the present invention, we report a novel and environmentally friendly preparation method of rGO-Cu 2 S CE by a facile one-step electrochemical co-reduction process resulting in simultaneous reduction of GO and Cu 2+ followed by facile sulfurization. . This method is more economical, scientific, easy to operate, and less time-consuming. Cyclic voltammetry was used for deposition without the use of additional binding reagents, followed by a facile sulfurization process to prepare rGO-Cu 2 S CE. As a result, the QDSSC with rGO-Cu 2 S (5) prepared by 5 cycles of cyclic voltammetry showed a maximum efficiency of 4.26%, which was better than that of Cu 2 S (3.77%).

1. 실험1. Experiment

1.1. 재료1.1. ingredient

흑연 분말, 질산 구리 5수화물(CuSO4·5H2O), 황화 나트륨 9수화물(Na2S·9H2O), 붕산(H3BO3), 황(S), 질산 카드뮴 4수화물(Cd(NO3)2·4H2O), 이산화 셀레늄(SeO2), 수소화 붕소 나트륨(NaBH4), 및 질산 아연 6수화물(Zn(NO3)2·6H2O), K3[Fe(CN)6]은 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다. 용매(에탄올, 메탄올, 및 아세톤)는 한국의 대정으로부터 구입하였다. 모든 화학물질은 추가 정제 없이 사용하였다.Graphite powder, copper nitrate pentahydrate (CuSO 4 ·5H 2 O), sodium sulfide nonahydrate (Na 2 S·9H 2 O), boric acid (H 3 BO 3 ), sulfur (S), cadmium nitrate tetrahydrate (Cd( NO 3 ) 2 ·4H 2 O), selenium dioxide (SeO 2 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), and zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O), K 3 [Fe(CN) 6 ] was purchased from Sigma-Aldrich. Solvents (ethanol, methanol, and acetone) were purchased from Daejeong, Korea. All chemicals were used without further purification.

1.2. 그래핀 산화물의 제조1.2. Preparation of graphene oxide

그래핀 산화물(GO)은 수정된 Hummers 방법에 의해 흑연 분말로부터 제조하였다. 먼저, 1 mg의 흑연 분말을 23 mL의 H2SO4(98%) 및 0.5 mg의 NaNO3을 함유하는 혼합물과 혼합하였다. 전체 혼합물을 연속적으로 교반하고 얼음 욕으로 냉각하였다. 격렬한 교반 하에, 3 mg의 KMnO4를 부분적으로 혼합물에 2시간 내에 첨가하였다. 반응 혼합물을 이후 실온에 이를 때까지 4시간 동안 두었고, 이어서 30분 동안 35℃로 가열하였다. 그 후에, 전체 혼합물을 50 mL의 탈이온(DI)수를 함유하는 플라스크에 붓고 70℃에서 15분 동안 다시 가열하였다. 다시, 전체 혼합물을 250 mL의 DI수, 3% H2O2(미반응 KMnO4를 제거하기 위해 첨가)를 함유하는 플라스크로 따라냈다. 이후 장시간 동안 가라앉도록 하였다. 또한, 얻어진 GO를 1주일 동안 반복된 세척 및 기울여 따르기에 의해 정제하였다. 최종적으로, 합성된 GO를 60℃에서 48시간 동안 오븐-건조하였다.Graphene oxide (GO) was prepared from graphite powder by a modified Hummers method. First, 1 mg of graphite powder was mixed with a mixture containing 23 mL of H 2 SO 4 (98%) and 0.5 mg of NaNO 3 . The entire mixture was continuously stirred and cooled with an ice bath. Under vigorous stirring, 3 mg of KMnO 4 was added in portions to the mixture within 2 hours. The reaction mixture was then allowed to reach room temperature for 4 hours and then heated to 35° C. for 30 minutes. Afterwards, the entire mixture was poured into a flask containing 50 mL of deionized (DI) water and heated again at 70°C for 15 min. Again, the entire mixture was decanted into a flask containing 250 mL of DI water, 3% H 2 O 2 (added to remove unreacted KMnO 4 ). Afterwards, it was allowed to sink for a long time. Additionally, the obtained GO was purified by repeated washing and decanting for one week. Finally, the synthesized GO was oven-dried at 60°C for 48 hours.

1.3. rGO-Cu2S CE의 제조1.3. Preparation of rGO-Cu 2 S CE

rGO-Cu2S CE를 전기화학적 공-증착 방법에 의해 제조하였다. 증착 이전에, FTO 기판을 5분 동안 초음파 처리 하에 아세톤, 에탄올 및 DI수로 각각 세척하였다. 증착 혼합물을 제조하기 전에 GO의 분산을 위해, 0.1 mg/mL GO를 DI수에서 1시간 동안 초음파 처리하였다. 최종적으로, 5 mM CuSO4 및 잘-분산된 GO를 함유하는 수용액을 -1.6 내지 0.8 V의 전위 범위에서 동전위 전착 방법을 이용하는 전기화학적 공-증착 공정에 사용하였다. 환원 피크가 Cu2+ 이온의 환원 때문에 -0.4 V부터 나타나기 시작하였고(도 1a 및 1b 참고); 추가적으로, 큰 환원 피크가 GO의 다양한 산소 기능기의 환원 때문에 -1.1 V에서 나타났으며(도 1b 참고), 사이클의 수에서의 증가와 함께 계속 증가하였다. 증가된 사이클 수와 함께 향상된 피크 전류는 rGO 표면으로 필름의 개질 때문일 수 있는데, 이는 증가된 전기화학적 활성 부위를 나타낸다. 그리고 이것은 또한 FTO 표면 상에서 rGO의 성공적인 환원을 나타냈다. 이후, 얻어진 필름을 DI수로 씻고 건조기로 건조하였다. 비교 분석을 위해, 3 및 7의 사이클 수를 갖는 2개의 다른 유사한 복합체를 제조하였다.rGO-Cu 2 S CE was prepared by electrochemical co-deposition method. Prior to deposition, the FTO substrate was washed with acetone, ethanol, and DI water respectively under sonication for 5 min. For dispersion of GO before preparing the deposition mixture, 0.1 mg/mL GO was sonicated in DI water for 1 h. Finally, an aqueous solution containing 5 mM CuSO 4 and well-dispersed GO was used in an electrochemical co-deposition process using an electropotential electrodeposition method in the potential range of -1.6 to 0.8 V. The reduction peak began to appear at -0.4 V due to the reduction of Cu 2+ ions (see Figures 1a and 1b); Additionally, a large reduction peak appeared at -1.1 V due to the reduction of various oxygen functional groups of GO (see Figure 1b) and continued to increase with increasing number of cycles. The enhanced peak current with increased cycle number may be due to the modification of the film with the rGO surface, which exhibits increased electrochemically active sites. And this also indicated the successful reduction of rGO on the FTO surface. Afterwards, the obtained film was washed with DI water and dried in a dryer. For comparative analysis, two other similar complexes with cycle numbers of 3 and 7 were prepared.

이후에, 전기화학적 공-증착 후에 얻어진 건조된 rGO-Cu2+ 필름 (5)를 1 M S 및 1 M Na2S를 함유하는 수성 폴리설파이드 용액에 30초 동안 담갔으며, 이어서 씻고 건조하였다. 최종적으로, 얻어진 박막을 rGO-Cu2S (5)로 라벨링 하였다. 유사한 공정을 따라 하여 rGO-Cu2S (3) 및 rGO-Cu2S (7) CE를 제조하였다. 한편, 5 mM CuSO4를 함유하는 용액을 이용한 5 사이클을 갖는 전착 방법에 이은 황화 공정에 의해 Cu2S CE를 또한 제조하였고, 이를 Cu2S (5)로 라벨링 하였다. FTO 기판 상에 Pt-나노클러스터-함유 Pt 페이스트(PT-1, Dyesol, Ltd.)를 이용한 닥터 블레이딩 방법에 이은 450℃에서 30분 동안의 하소에 의해 Pt CE를 또한 제조하였다.Afterwards, the dried rGO-Cu 2+ film (5) obtained after electrochemical co-deposition was immersed in an aqueous polysulfide solution containing 1 MS and 1 M Na 2 S for 30 s, followed by washing and drying. Finally, the obtained thin film was labeled with rGO-Cu 2 S (5). A similar process was followed to prepare rGO-Cu 2 S (3) and rGO-Cu 2 S (7) CE. Meanwhile, Cu 2 S CE was also prepared by an electrodeposition method with 5 cycles using a solution containing 5 mM CuSO 4 followed by sulfurization process, which was labeled as Cu 2 S (5). Pt CE was also prepared by doctor blading method using Pt-nanocluster-containing Pt paste (PT-1, Dyesol, Ltd.) on FTO substrate followed by calcination at 450°C for 30 min.

1.4. FTO/TiO2/CdS/CdSe/ZnS QD 포토애노드의 제조1.4. Fabrication of FTO/TiO 2 /CdS/CdSe/ZnS QD photoanode

40 mM TiCl4의 수용액에 FTO 기판을 담그고 70℃에서 30분 동안 가열함으로써 TiO2의 컴팩트 블로킹 층을 FTO 기판 상에 증착하였다. 닥터 블레이딩 방법을 이용하여 TiO2의 메조다공성 층의 코팅을 만들었는데, TiO2 페이스트(Ti-Nanoxide T/SP, Solaronix SA)를 이용하고 70℃에서 건조한 후, 450℃에서 30분 동안 소결하였다. 이후, 0.16 ㎠의 측정된 활성 영역을 갖는 10 ㎛ 두께의 TiO2 필름을 얻었다. 연속 이온층 흡착 및 반응(SILAR) 방법을 이용하여 TiO2 필름의 표면 상에 CdS 및 CdSe QD를 증착하였다. 이 방법은 1분 동안 0.1 M Cd(NO3)2 에탄올 용액에 FTO/TiO2 필름을 담그는 단계, 에탄올로 씻고 건조하는 단계, 추가로 1분 동안 0.1 M Na2S 메탄올/DI수(1:1 부피) 용액에 담그는 단계, 및 에탄올로 다시 씻고 건조하는 단계를 수반하였다. 이들 2개의 담금 단계는 하나의 SILAR 사이클을 포함하고 6번 반복하였다. 이후, 얻어진 FTO/TiO2/CdS-QD 필름 전극에 유사한 SILAR 공정에 의해 CdSe QD를 첨가하였다. 이 공정을 위해, 30 mM Cd(NO3)2 에탄올 용액 및 Na2Se 에탄올 용액을 이용하여 CdSe QD를 얻었는데, 여기서 Na2Se 용액은 30 mM SeO2 및 60 mM NaBH4 용액을 이용하여 제조하였다. SILAR 공정은 1분 동안 Cd(NO3)2 용액에 FTO/TiO2/CdS-QD 필름을 담그는 단계, 에탄올로 씻고 건조기로 건조하는 단계, 추가로 Na2Se 용액에 담그는 단계, 및 다시 에탄올로 씻고 건조하는 단계를 수반하였다. 전과 동일하게, 2-단계 담금 공정은 하나의 SILAR 사이클을 포함하고 7번 반복하였다. 최종적으로, 얻어진 FTO/TiO2/CdS/CdSe-QD 필름 위에 SILAR 공정에 의해 ZnS 패시베이션 층을 코팅하였고, 여기서 용액은 0.1 M Zn(NO3)2 에탄올 용액 및 0.1 M Na2S 메탄올/DI수(1:1 부피) 용액을 포함하였다. SILAR 공정은 2 사이클 동안 반복하였다.A compact blocking layer of TiO 2 was deposited on the FTO substrate by immersing the FTO substrate in an aqueous solution of 40 mM TiCl 4 and heating at 70° C. for 30 minutes. A mesoporous layer of TiO 2 was coated using the doctor blading method. TiO 2 paste (Ti-Nanoxide T/SP, Solaronix SA) was used, dried at 70°C, and then sintered at 450°C for 30 minutes. . Afterwards, a 10 μm thick TiO 2 film with a measured active area of 0.16 cm 2 was obtained. CdS and CdSe QDs were deposited on the surface of TiO 2 film using the continuous ion layer adsorption and reaction (SILAR) method. This method involves soaking the FTO/TiO 2 film in a 0.1 M Cd(NO 3 ) 2 ethanol solution for 1 min, washing with ethanol and drying, and further soaking in 0.1 M Na 2 S methanol/DI water (1: 1 volume) followed by soaking in the solution, followed by washing again with ethanol and drying. These two soak steps included one SILAR cycle and were repeated six times. Afterwards, CdSe QDs were added to the obtained FTO/TiO 2 /CdS-QD film electrode by a similar SILAR process. For this process, CdSe QDs were obtained using 30 mM Cd(NO 3 ) 2 ethanol solution and Na 2 Se ethanol solution, where Na 2 Se solution was prepared using 30 mM SeO 2 and 60 mM NaBH 4 solution. did. The SILAR process involves dipping the FTO/TiO 2 /CdS-QD film in a Cd(NO 3 ) 2 solution for 1 minute, washing with ethanol and drying with a dryer, further immersing in a Na 2 Se solution, and again with ethanol. It involved washing and drying steps. As before, the two-step soaking process included one SILAR cycle and was repeated seven times. Finally, a ZnS passivation layer was coated on the obtained FTO/TiO 2 /CdS/CdSe-QD film by the SILAR process, where the solution was 0.1 M Zn(NO 3 ) 2 ethanol solution and 0.1 M Na 2 S methanol/DI water. (1:1 volume) solution. The SILAR process was repeated for 2 cycles.

1.5. 셀 제작1.5. cell fabrication

포토애노드로서 CdS/CdSe-QD-조립된 TiO2 필름 및 Pt, Cu2S, rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5), 및 rGO-Cu2S (7) CE를 60 ㎛ 두께의 실링 재료(Surlyn)를 이용하여 샌드위치 하였다. 메탄올/DI수(7:3 부피비)에서 1 M S, 1 M Na2S, 및 0.2 M KCl을 포함하는 폴리설파이드를 레독스 전해질로서 사용하였다.CdS/CdSe-QD-assembled TiO 2 film and Pt, Cu 2 S, rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5), and rGO-Cu 2 S (7) CE as photoanode. It was sandwiched using a 60 ㎛ thick sealing material (Surlyn). Polysulfide containing 1 MS, 1 M Na 2 S, and 0.2 M KCl in methanol/DI water (7:3 volume ratio) was used as the redox electrolyte.

1.6. 특성 평가1.6. Characteristic evaluation

CE의 표면 모폴로지는 10 kV의 가속 전압 및 7 mm의 작동 거리에서 작동하는 S-4800(Hitachi, Japan) 시스템을 이용한 전계-방사형 주사 전자 현미경(FE-SEM)에 의해 관측하였다. 고-해상도 투과 전자 현미경(HR-TEM), 제한 시야 전자 회절(SAED), 및 원소 매핑을 이용하여 rGO-Cu2S (5)의 모폴로지, 구조 및 원소 조성을 연구하였다.The surface morphology of CE was observed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) using an S-4800 (Hitachi, Japan) system operating at an acceleration voltage of 10 kV and a working distance of 7 mm. The morphology, structure, and elemental composition of rGO-Cu 2 S (5) were studied using high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), limited-field electron diffraction (SAED), and elemental mapping.

샘플의 결정 특성은 X-선 회절(XRD; PANalytical X'Pert)에 의해 분석하였다. GO의 환원 및 rGO-Cu2S 필름의 화학적 조성은 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 및 X-선 광전자 분광법(XPS, omicron Nanotechnology ESCA probe system)에 의해 확인하였다. 얻어진 측정값 및 코어-레벨 스펙트럼은 Casa XPS 소프트웨어를 이용하여 처리하였다. QDSSC의 광발전 전류-전압(J-V) 특성은 제논 램프 솔라 시뮬레이터(PEC-L12, Peccell Ltd., Japan)를 이용하여 1 태양 조도(100 mW/㎠, AM 1.5G) 하에 측정하였는데, 이는 AIST-교정된 Si-태양 전지를 이용하여 확인하였다. 또한, QDSSC의 입사-광자-대-전류 효율(IPCE) 스펙트럼을 분석하였다. 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 및 Tafel 분극은 0.96 ㎠의 활성 영역을 갖는 2-전극 대칭 셀(CE/전해질/CE)을 이용하여 전기화학 워크스테이션(Metrohm PGSTAT302N, AUTOLAB, Netherlands)을 이용함으로써 수행하였다. 암 조건 하에, 10 mV 진폭을 갖는 10-1 및 105 Hz 사이의 주파수 범위가 EIS 측정에 사용되었다. EIS 결과는 디케이드 당 10 포인트에서 얻었고 Z-View 2 소프트웨어를 이용하여 비-선형 최소 자승법으로 피팅하였다. 순환 전압전류법을 이용하여 제조된 필름의 전기화학적 활성 영역을 다양한 스캔 속도에서 -0.2 내지 0.6 V의 전위 범위에서 평가하였다. 대칭 셀의 Tafel 분석은 5 mV/s의 스캔 속도에서 수행하였다. 모든 전기화학적 측정은 실온에서 수행하였다.The crystalline properties of the samples were analyzed by X-ray diffraction (XRD; PANalytical X'Pert). The reduction of GO and the chemical composition of the rGO-Cu 2 S film were confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, omicron Nanotechnology ESCA probe system). The obtained measurements and core-level spectra were processed using Casa XPS software. The photovoltaic current-voltage (JV) characteristics of the QDSSC were measured under 1 solar irradiance (100 mW/cm2, AM 1.5G) using a xenon lamp solar simulator (PEC-L12, Peccell Ltd., Japan), which is based on the AIST- This was confirmed using a calibrated Si-solar cell. Additionally, the incident-photon-to-current efficiency (IPCE) spectrum of QDSSC was analyzed. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Tafel polarization were performed using an electrochemical workstation (Metrohm PGSTAT302N, AUTOLAB, Netherlands) using a two-electrode symmetric cell (CE/electrolyte/CE) with an active area of 0.96 cm2. . Under dark conditions, a frequency range between 10 -1 and 10 5 Hz with an amplitude of 10 mV was used for EIS measurements. EIS results were obtained at 10 points per decade and fitted by non-linear least squares using Z-View 2 software. Using cyclic voltammetry, the electrochemically active area of the prepared films was evaluated in the potential range of -0.2 to 0.6 V at various scan rates. Tafel analysis of symmetric cells was performed at a scan rate of 5 mV/s. All electrochemical measurements were performed at room temperature.

2. 결과 및 토의2. Results and discussion

2.1. 물리적 특성2.1. physical properties

FE-SEM을 이용하여 rGO-Cu2S (5), Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), 및 rGO-Cu2S (7) CE의 표면 모폴로지를 조사하였다. 도 2a는 수많은 꽃잎-형상체를 포함하는, rGO의 증착 전의 Cu2S (5)의 마이크로스피어 구조를 나타낸다. 전기화학적 공-증착 후에, 얻어진 rGO-Cu2S (3)은 큰 꽃무늬 rGO 구조를 나타냈는데, 이는 Cu2S 마이크로스피어를 내부에 고정시켰다(도 2b 참고). 또한, rGO-Cu2S (5)는 Cu2S 마이크로스피어를 나타냈는데, 이는 rGO 표면에 의해 완전히 래핑되었고(도 2c 참고); 추가적으로, 필름 성분의 밀도는 사이클의 수와 함께 증가하였다. 또 다른 복합체인 rGO-Cu2S (7)은 7 사이클의 증착 후에 rGO 표면 상에 Cu2S의 상당히 더 조밀하고 불규칙적인 래핑을 나타냈다(도 2d 참고). 모든 3개의 CE 표면은 rGO 및 Cu의 증착이 증착 사이클의 수에서의 증가와 함께 향상되었음을 나타냈다. rGO 표면 상에 존재하는 산소 기능기의 일부는 필름의 증착 중에 Cu 이온과 상호작용할 수 있고, 이는 모든 3개의 CE에서 Cu2S의 성장뿐만 아니라, 증착을 향상시키는데 중요할 수 있다. 추가적으로, 모든 전착된 CE의 단면 SEM 이미지를 FE-SEM에 의해 또한 조사하였다. Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (5) 양쪽은 각각 0.55 ㎛ 및 0.58 ㎛의 유사한 두께를 나타냈다. 그러나, rGO 표면 두께는 환원 공정의 정도에 따라 변하였다. 다른 2개의 CE, 즉 rGO-Cu2S (3) 및 rGO-Cu2S (7) CE는 각각 0.48 ㎛ 및 0.68 ㎛의 필름 두께를 가졌다. 주목할만하게는, 상이한 필름의 두께에서의 차이는 증착 공정에 사용된 상이한 사이클 수에 기인할 수 있다.The surface morphologies of rGO-Cu 2 S (5), Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), and rGO-Cu 2 S (7) CE were investigated using FE-SEM. Figure 2a shows the microsphere structure of Cu 2 S (5) before deposition of rGO, containing numerous petal-shaped bodies. After electrochemical co-deposition, the obtained rGO-Cu 2 S (3) exhibited a large-flowered rGO structure, which anchored the Cu 2 S microspheres inside (see Figure 2b). Additionally, rGO-Cu 2 S (5) exhibited Cu 2 S microspheres, which were completely wrapped by the rGO surface (see Figure 2c); Additionally, the density of the film components increased with the number of cycles. Another composite, rGO-Cu 2 S (7), showed significantly denser and more irregular wrapping of Cu 2 S on the rGO surface after 7 cycles of deposition (see Figure 2d). All three CE surfaces showed that the deposition of rGO and Cu improved with an increase in the number of deposition cycles. Some of the oxygen functional groups present on the rGO surface may interact with Cu ions during the deposition of the film, which may be important in enhancing the deposition as well as the growth of Cu 2 S in all three CEs. Additionally, cross-sectional SEM images of all electrodeposited CEs were also examined by FE-SEM. Both Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (5) showed similar thicknesses of 0.55 ㎛ and 0.58 ㎛, respectively. However, the rGO surface thickness varied depending on the extent of the reduction process. The other two CEs, rGO-Cu 2 S (3) and rGO-Cu 2 S (7) CE, had film thicknesses of 0.48 μm and 0.68 μm, respectively. Notably, differences in the thickness of different films may be due to the different number of cycles used in the deposition process.

투과 전자 현미경(TEM)을 통해 rGO-Cu2S (5)의 상세 구조를 관측하였다(도 3 참고). 세밀 조사로 밝혀졌듯이, Cu2S 마이크로스피어는 나노플레이크에 의해 형성되었고(도 3a 참고), 이 마이크로스피어는 HR-TEM 이미지에 의해 나타난 바와 같이 rGO-Cu2S 구조 중 rGO의 박층으로 덮였다(도 3b 및 3c 참고). 모든 3개의 이미지에서, Cu2S 나노플레이크 위의 어두운 영역은 산소 기능기의 일부를 갖는 rGO 나노구조의 적층 때문에 보여지고, 반면에 가장 높게 투명하고 얇은 필름은 전기화학적 공-환원에 의해 형성된 rGO 층을 나타낸다. 삽입 도면(도 3c 참고)은 rGO-Cu2S (5) 표면에 대한 SAED 패턴을 나타낸다. 이것은 2개의 특징적인 헤일로 링 패턴을 나타내는데, 이는 증착된 성분이 제조된 필름에서 비정질 특성을 가짐을 나타낸다. 이중 링은 다층 rGO 표면으로부터 얻어졌고, 이들은 (110) 및 (100)에 해당하였다. rGO-Cu2S (5)의 결정질 특성은 XRD에 의해 추가로 분석되었다. XRD 패턴에서 rGO 및 Cu2S 양쪽으로부터 회절 피크의 부재는 증착된 필름이 SAED 이미지에 의해 확인된 바와 같이 비정질 구조를 가짐을 나타낸다. Cu2S의 비정질 특성은 황화 공정 후에 형성된 것으로 또한 결론 내렸고, 이 결과는 이전 보고와 일치한다. EDX 매핑은 제조된 rGO-Cu2S에서 C, Cu 및 S(도 3d, 3e 및 3f 참고)의 균일 분포를 나타냈는데, 이는 전기화학적 공-환원 방법에 의한 rGO-Cu2S의 합성을 추가로 확인시켜준다.The detailed structure of rGO-Cu 2 S (5) was observed through transmission electron microscopy (TEM) (see Figure 3). As revealed by closer inspection, Cu 2 S microspheres were formed by nanoflakes (see Figure 3a), and these microspheres were covered with a thin layer of rGO in the rGO-Cu 2 S structure, as shown by HR-TEM images. was (see Figures 3b and 3c). In all three images, the dark areas on the Cu 2 S nanoflakes are visible due to the stacking of rGO nanostructures with some of the oxygen functional groups, while the most highly transparent and thin films are rGO formed by electrochemical co-reduction. Indicates the layer. The inset (see Figure 3c) shows the SAED pattern for the rGO-Cu 2 S (5) surface. It exhibits two characteristic halo ring patterns, indicating that the deposited component has an amorphous nature in the produced film. Double rings were obtained from the multilayer rGO surface, and they corresponded to (110) and (100). The crystalline properties of rGO-Cu 2 S (5) were further analyzed by XRD. The absence of diffraction peaks from both rGO and Cu 2 S in the XRD pattern indicates that the deposited film has an amorphous structure as confirmed by the SAED image. It was also concluded that the amorphous nature of Cu 2 S was formed after the sulfurization process, and this result is consistent with previous reports. EDX mapping revealed a uniform distribution of C, Cu, and S (see Figures 3d, 3e , and 3f) in the as-prepared rGO-Cu 2 S, which further suggests the synthesis of rGO-Cu 2 S by electrochemical co-reduction method. Confirm with .

중요하게는, rGO-Cu2S (5) 필름에서 전기화학적 공-증착 공정 후에 GO의 효과적인 환원이 FTIR 및 XPS에 의해 확인되었다. FTIR 스펙트럼에서, GO는 다양한 산소 기능기에 대한 특징적인 피크를 나타냈다. 각각 1017 및 1798 ㎝-1에서 C=O 및 C-O 기의 신축 진동으로 인한 강한 특징적 피크가 Hummers 방법에 의해 제조된 GO 샘플에서 관측되었다. 추가적으로, 1671 ㎝-1에서의 피크는 나머지 C=C 신축 진동 때문에 얻어졌고, 반면에 3000 ㎝-1 부근의 피크는 알코올(-OH) 및 카르복실 기능기(-COOH) 양쪽으로부터 O-H의 신축 진동을 나타낸다. 그러나, 전기화학적 공-증착 후에 제조된 CE에서, rGO-Cu2S (5)는 C=C 신축 진동 때문에 1652 ㎝-1에서 강한 피크를 나타냈는데, 이는 환원 공정 후에 더욱 강해졌다. 또한, 산소 기능기 C=O 및 C-O(각각 1017 및 1798 ㎝-1에서)로 인한 특징적 피크가 rGO-Cu2S (5)에서 거의 사라졌다. 따라서, 이들 결과가 나타내듯이, GO가 성공적으로 합성되었고 전기화학적 공-환원 후에 rGO로 환원되었다.Importantly, the effective reduction of GO after the electrochemical co-deposition process in rGO-Cu 2 S (5) film was confirmed by FTIR and XPS. In the FTIR spectrum, GO showed characteristic peaks for various oxygen functional groups. Strong characteristic peaks due to stretching vibrations of C=O and CO groups at 1017 and 1798 cm -1 , respectively, were observed in the GO sample prepared by the Hummers method. Additionally, the peak at 1671 cm -1 was obtained due to the remaining C=C stretching vibration, while the peak around 3000 cm -1 was obtained due to the stretching vibration of OH from both alcohol (-OH) and carboxyl functional group (-COOH). represents. However, in the CE prepared after electrochemical co-deposition, rGO-Cu 2 S (5) showed a strong peak at 1652 cm -1 due to C=C stretching vibration, which became stronger after the reduction process. Additionally, the characteristic peaks due to oxygen functional groups C=O and CO (at 1017 and 1798 cm -1 , respectively) almost disappeared in rGO-Cu 2 S (5). Therefore, as these results show, GO was successfully synthesized and reduced to rGO after electrochemical co-reduction.

XPS 결과를 도 4에 나타냈다. rGO-Cu2S 복합체의 화학적 조성은 39.2%의 Cu, 24.8%의 C, 15.6%의 O, 및 20.4%의 S이었다. 얻어진 원소 조성은 모든 원소의 균일한 분포 및 rGO-Cu2S CE의 합성을 추가로 확인시켜 주었다. GO(도 4a 참고) 및 rGO-Cu2S (5)(도 4b 참고)의 C1s 스펙트럼이 관측되었는데; 284.8, 286.7, 및 288.2 eV 부근의 특징적 피크는 양쪽 샘플에서 각각 C-C, 에폭시, 및 알콕시 C-O 기, 그리고 카르복실 -COOH 기의 존재를 확인시켜 주었다. 주요 XPS 피크가 rGO-Cu2S (5) 표면에서 각각 Cu 2p3/2 및 Cu 2p1/2 때문에, 932.1 및 952.1 eV에서 관측되었다(도 4c 참고). 추가적으로, 위성 피크는 관측되지 않았다. 이러한 결과는 제조된 rGO-Cu2S (5) 표면에서, Cu2S로서, Cu의 +1 산화 상태를 확인시켜준다. 도 4d의 XPS 스펙트럼은 각각 S 2p3/2 및 S 2p1/2에 대해 161.4 및 162.4 eV의 바인딩 에너지에서 2개의 피크를 보여주는데; 이들 피크는 Cu2S에서 Cu 이온과 배위 결합된 S 이온에 기인할 수 있다.The XPS results are shown in Figure 4. The chemical composition of the rGO-Cu 2 S composite was 39.2% Cu, 24.8% C, 15.6% O, and 20.4% S. The obtained elemental composition further confirmed the uniform distribution of all elements and the synthesis of rGO-Cu 2 S CE. C1s spectra of GO (see Figure 4a) and rGO-Cu 2 S (5) (see Figure 4b) were observed; Characteristic peaks around 284.8, 286.7, and 288.2 eV confirmed the presence of CC, epoxy, and alkoxy CO groups, and carboxyl -COOH groups, respectively, in both samples. The main XPS peaks were observed at 932.1 and 952.1 eV on the rGO-Cu 2 S (5) surface due to Cu 2p 3/2 and Cu 2p 1/2 , respectively (see Figure 4c). Additionally, no satellite peaks were observed. These results confirm the +1 oxidation state of Cu, as Cu 2 S, on the prepared rGO-Cu 2 S (5) surface. The XPS spectrum in Figure 4d shows two peaks at binding energies of 161.4 and 162.4 eV for S 2p 3/2 and S 2p 1/2 , respectively; These peaks can be attributed to S ions coordinated with Cu ions in Cu 2 S.

또한, 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR) 분광법을 수행하여 Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (5) 필름의 광학적 밴드 갭을 조사하였다. Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (5)의 흡광 스펙트럼에 따르면, rGO의 존재는 NIR 영역 부근의 흡광을 향상시켰다. rGO 유무에 따른 Cu2S의 밴드 갭은 Tauc 플롯 및 하기 식을 이용하여 추산되었다.In addition, ultraviolet-visible-near-infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy was performed to investigate the optical band gaps of Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (5) films. According to the extinction spectra of Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (5), the presence of rGO enhanced the absorption near the NIR region. The band gap of Cu 2 S with and without rGO was estimated using a Tauc plot and the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

(αhν)1/n = A(hν - Eg)(αhν) 1/n = A(hν - E g )

α는 흡광 계수를 나타내고, h는 Planck 상수이며, ν는 광자 주파수이고, A는 상수이며, Eg는 광학적 밴드갭이다. n의 값은 직접 및 간접 밴드갭 재료 각각에 대해 1/2 및 2이다. Eg는 (αhν)2 대 hν를 플로팅하고 선형부를 X-축 절편으로 외삽함으로써 계산될 수 있다. 광학적 밴드 갭은 Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (5) 각각에 대해 1.41 eV 및 1.27 eV인 것으로 추산되었는데, 이는 rGO-Cu2S 필름에서 rGO의 존재가 광학적 밴드갭을 변경시켰음을 나타낸다. 얻어진 Eg 레벨과 Tauc 플롯에 근거한 에너지 밴드 다이어그램은 rGO-Cu2S 및 S2-/Sx 2- 사이의 전하 이동을 나타낸다. rGO 표면에서 산소 기능기의 일부는 결함 부위로서 작용함으로써, 충분한 흡광을 제공하여 과잉의 전자-정공(e-h) 쌍을 형성한다. 또한, 이것은 밴드 대 밴드 재결합을 감소시킴으로써 전극을 향한 전자 전달을 용이하게 한다.α represents the extinction coefficient, h is Planck's constant, ν is the photon frequency, A is a constant, and E g is the optical bandgap. The value of n is 1/2 and 2 for direct and indirect bandgap materials, respectively. E g can be calculated by plotting (αhν) 2 versus hν and extrapolating the linear portion to the X-axis intercept. The optical band gap was estimated to be 1.41 eV and 1.27 eV for Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (5), respectively, indicating that the presence of rGO in the rGO-Cu 2 S film changed the optical band gap. represents. The energy band diagram based on the obtained E g level and Tauc plot shows the charge transfer between rGO-Cu 2 S and S 2- /S x 2- . Some of the oxygen functional groups on the rGO surface act as defect sites, providing sufficient light absorption to form excess electron-hole (eh) pairs. Additionally, this facilitates electron transfer towards the electrode by reducing band-to-band recombination.

2.2. 전기화학적 특성2.2. Electrochemical properties

도 5는 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (7) CE를 각각 포함하는 다양한 대칭 셀의 EIS 측정으로부터 얻어진 Nyquist 플롯을 나타내고; 삽입도면은 해당 등가 전기 회로를 나타낸다. Rct는 전하 이동 저항, Rs는 CE 및 폴리설파이드 레독스 커플 사이의 직렬 저항, CPE는 일정 위상 요소이다. 모든 피팅된 EIS 파라미터를 표 1에 나타냈다. 표 1은 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5), 및 rGO-Cu2S (7) CE에 대한 대칭 셀의 Nyquist 플롯으로부터 추산된 EIS 특성을 나타낸다.Figure 5 shows EIS measurements of various symmetric cells containing Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (7) CE, respectively. The obtained Nyquist plot is shown; The inset diagram shows the corresponding equivalent electrical circuit. R ct is the charge transfer resistance, R s is the series resistance between CE and the polysulfide redox couple, and CPE is the constant phase factor. All fitted EIS parameters are shown in Table 1. Table 1 shows the Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5), and rGO-Cu 2 S (7) estimates from the Nyquist plot of the symmetric cell for CE. Indicates EIS characteristics.

샘플Sample RsR s RctR ct CPE (㎌)CPE (㎌) PtPt 11.911.9 1132.51132.5 1.49 × 10-3 1.49 × 10 -3 Cu2S (5)Cu 2 S (5) 12.512.5 5.055.05 2.66 × 10-3 2.66 × 10 -3 rGO-Cu2S (3)rGO-Cu 2 S (3) 7.57.5 12.412.4 2.88 × 10-3 2.88 × 10 -3 rGO-Cu2S (5)rGO- Cu2S (5) 6.56.5 4.74.7 3.08 × 10-3 3.08 × 10 -3 rGO-Cu2S (7)rGO- Cu2S (7) 6.86.8 6.26.2 2.90 × 10-3 2.90 × 10 -3

모든 측정된 CE 중에서, rGO-Cu2S (5)가 최저 Rct 및 Rs(4.7 및 6.5 Ω) 값을 나타냈고; 측정된 다른 CE의 Rct 및 Rs 값은 다음과 같다: Pt (1132.5 및 11.9 Ω), Cu2S (5.05 및 12.5 Ω), rGO-Cu2S (3) (12.4 및 7.5 Ω), 및 rGO-Cu2S (7) (6.2 및 6.8 Ω). 명백하게, rGO-Cu2S (5)는 Cu2S (5)보다 낮은 Rct를 나타냈는데, 아마도 rGO의 도입 때문이다. rGO-Cu2S (5)의 경우에서 최저 Rct는 Cu2S 마이크로스피어의 표면 상의 rGO 나노시트에 기인할 수 있고; 나노시트는 CE 필름에서 효율적인 전도성 골격을 만듦으로써 기계적 강도를 제공할 뿐만 아니라 전자 이동을 용이하게 하였다. 잘 알려져 있듯이, QDSSC의 성능에 미치는 CE의 영향은 주로 전도성 및 전기촉매 활성에 기인한다. 최소 Rct를 갖는 표면은 셀에서 전해질의 재생률을 증가시킬 뿐만 아니라 전자 전달 중에 에너지 손실을 낮출 수 있고, 그 결과 QDSSC 셀의 전체 광발전 성능을 향상시킬 것이다. 그러나, Rs는 Cu2S 단독과 비교하여 복합 재료에서 rGO의 도입 후에 감소하였는데, 아마도 rGO-Cu2S CE 및 FTO 기판 사이의 전기 접촉의 향상 때문이다. 이것은 또한 rGO-Cu2S (5) 표면 상에서 전자 이동의 더 쉬운 방식을 나타내고, 해당 QDSSC는 광발전 성능을 개선하였다. rGO-Cu2S (7)의 경우, 증착 공정으로부터 얻어진 조밀한 모폴로지는 전하 이동 과정에 영향을 줄 수 있었고, 이에 따라 약간 높은 Rct를 초래하였으며; 그러나, Pt CE에서 얻어진 극히 높은 Rct는 폴리설파이드 전해질에서 낮은 전기촉매 특성에 기인할 수 있다. Pt 표면에 흡착된 설파이드 이온은 피독 작용을 하고, 궁극적으로는 환원 공정 Sn2- +2e (CE) = Sn-1 2- + S2-를 저해시킬 수 있다. 또한, CPE 값(표 1 참고)을 평가하였는데, 이는 재료의 표면적 및 공극률과 직접 상관관계에 있다. 약간 큰 CPE가 Cu2S보다 rGO-Cu2S CE에서 얻어졌는데, 아마도 rGO의 도입 후에 불균일한 표면의 향상 때문이고, 이는 거칠기를 추가로 향상시킬 수 있었다. 대부분의 경우에서, CPE는 활성 표면적과 비례하는 것으로 추정된다. 이것은 rGO 및 Cu2S가 합성된 rGO-Cu2S CE에서 거칠고 큰 표면적을 가졌음을 나타낸다.Among all measured CE, rGO-Cu 2 S (5) showed the lowest R ct and R s (4.7 and 6.5 Ω) values; The R ct and R s values of the different CEs measured were: Pt (1132.5 and 11.9 Ω), Cu 2 S (5.05 and 12.5 Ω), rGO-Cu 2 S (3) (12.4 and 7.5 Ω), and rGO-Cu 2 S (7) (6.2 and 6.8 Ω). Obviously, rGO-Cu 2 S (5) showed lower R ct than Cu 2 S (5), probably due to the introduction of rGO. The lowest R ct in the case of rGO-Cu 2 S (5) can be attributed to the rGO nanosheets on the surface of Cu 2 S microspheres; The nanosheet not only provided mechanical strength but also facilitated electron transfer by creating an efficient conductive framework in the CE film. As is well known, the influence of CE on the performance of QDSSC is mainly due to its conductivity and electrocatalytic activity. A surface with a minimum R ct can not only increase the regeneration rate of the electrolyte in the cell but also lower the energy loss during electron transport, which will consequently improve the overall photovoltaic performance of the QDSSC cell. However, R s decreased after the introduction of rGO in the composite compared to Cu 2 S alone, probably due to the enhancement of electrical contact between rGO-Cu 2 S CE and FTO substrate. This also indicates an easier mode of electron transfer on the rGO-Cu 2 S (5) surface, and the corresponding QDSSC improved photovoltaic performance. In the case of rGO-Cu 2 S (7), the compact morphology obtained from the deposition process could influence the charge transfer process, resulting in a slightly higher R ct ; However, the extremely high R ct obtained for Pt CE may be due to the low electrocatalytic properties in the polysulfide electrolyte. Sulfide ions adsorbed on the Pt surface have a poisoning effect and can ultimately inhibit the reduction process Sn 2- +2e (CE) = Sn -1 2- + S 2- . Additionally, the CPE value (see Table 1) was evaluated, which is directly correlated to the surface area and porosity of the material. A slightly larger CPE was obtained for rGO-Cu 2 S CE than for Cu 2 S, probably due to the enhancement of surface unevenness after the introduction of rGO, which could further improve the roughness. In most cases, CPE is assumed to be proportional to the active surface area. This indicates that rGO and Cu 2 S were rough and had a large surface area in the synthesized rGO-Cu 2 S CE.

0.1 M [Fe(CN)]3- 용액에서 측정된 순환 전압전류 곡선으로부터 피크 애노드 전류-스캔 속도 제곱근 곡선을 얻었다. 전극 재료의 전기활성 표면적은 Randles-Sevcik 식을 이용하여 이들 곡선으로부터 추산될 수 있다.Peak anode current-scan rate square root curves were obtained from cyclic voltammetry curves measured in 0.1 M [Fe(CN)] 3- solution. The electroactive surface area of the electrode material can be estimated from these curves using the Randles-Sevcik equation.

[수학식 2][Equation 2]

Ip = (268, 600)AD1/2n3/2υ1/2CI p = (268, 600)AD 1/2 n 3/2 υ 1/2 C

여기서, Ip는 피크 애노드 전류(A), n은 레독스 공정에 참여하는 전자의 수, A는 유효 표면적(㎠), D는 [Fe(CN)6]3-의 확산 계수(6.7 × 10-6 ㎠/s), C는 전해질의 농도(mol/L), υ는 스캔 속도(V/s)이다. rGO-Cu2S (5)는 최고 유효 표면적(0.102 ㎠)을 나타냈고, 반면에 Cu2S (5)는 0.083 ㎠의 표면적을 나타냈다. rGO-Cu2S (3) 및 rGO-Cu2S (7)은 각각 0.077 ㎠ 및 0.051 ㎠의 표면적을 가졌는데, 이는 적정량의 rGO가 공-증착된 필름의 전기화학적 활성 부위를 증가시킴으로써, Nyquist 플롯에서 나타낸 바와 같이 전하 이동 동역학을 향상시켰음을 나타낸다. Cu2S (5)와 유사한 두께에도 불구하고, rGO-Cu2S (5)는 현저하게 감소된 Rct 및 Rs 그리고 증가된 전기활성 표면적을 제공하였는데, 이는 향상된 성능이 Cu2S에서 rGO의 도입에 기인함을 나타낸다.Here, I p is the peak anode current (A), n is the number of electrons participating in the redox process, A is the effective surface area (㎠), and D is the diffusion coefficient of [Fe(CN) 6 ] 3- (6.7 × 10 -6 cm2/s), C is the concentration of electrolyte (mol/L), and υ is the scan speed (V/s). rGO-Cu 2 S (5) showed the highest effective surface area (0.102 cm2), while Cu 2 S (5) showed a surface area of 0.083 cm2. rGO-Cu 2 S (3) and rGO-Cu 2 S (7) had surface areas of 0.077 cm 2 and 0.051 cm 2, respectively, which increased the electrochemically active sites of the films with an appropriate amount of rGO co-deposited, according to Nyquist. As shown in the plot, it shows improved charge transfer kinetics. Despite a similar thickness to Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (5) provided significantly reduced R ct and R s and increased electroactive surface area, which suggests that the improved performance is comparable to that of rGO in Cu 2 S. This indicates that it is due to the introduction of .

모든 제조된 CE의 촉매 특성을 평가하기 위해, Tafel 분극 기술, 효과적인 전기화학적 방법을 사용하였다. 도 6은 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5), 및 rGO-Cu2S (7)의 Tafel 특성을 나타낸다. Tafel 측정을 위해, 대칭 셀(CE/전해질/CE)을 제조하고, 다음의 식을 이용하여 J0 및 Rct 사이의 정성 관계를 관측하였다.To evaluate the catalytic properties of all prepared CEs, Tafel polarization technique, an effective electrochemical method, was used. Figure 6 shows the Tafel properties of Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5), and rGO-Cu 2 S (7). For Tafel measurements, a symmetric cell (CE/electrolyte/CE) was prepared and the qualitative relationship between J 0 and R ct was observed using the following equation.

[수학식 3][Equation 3]

J0 = RT/nFRct J 0 = RT/nFR ct

여기서, J0은 교환 전류 밀도, R은 기체 상수, T는 온도, F는 Faraday 상수, n은 CE의 표면에서 폴리설파이드 전해질의 레독스 공정에 수반된 전자의 수, 및 Rct는 전하 이동 저항을 나타낸다. Tafel 플롯에서, 곡선의 큰 기울기는 해당 CE의 높은 J0 및 우수한 전기촉매 활성을 나타낸다. rGO-Cu2S (5)의 기울기는 모든 다른 CE 중 가장 가팔랐는데, 이는 최대 J0 및 최고 전기촉매 특성을 나타내고; 이 결과는 rGO-Cu2S가 최저 Rct를 가진 Nyquist 플롯으로부터 얻어진 것과 또한 일치한다. Cu2S-5의 경우에서, 기울기는 rGO-Cu2S (5)보다 덜 가팔랐는데, 이는 낮은 촉매 특성을 나타낸다. 따라서, Tafel 결과가 나타내듯이, rGO-Cu2S (5)는 모든 다른 CE 중에서 최고 촉매 활성을 갖는다. 그러나, 증착 사이클의 수의 증가 및 감소에 따라, rGO-Cu2S (7) 및 rGO-Cu2S (3)은 비교적 낮은 성능을 나타냈다.where J 0 is the exchange current density, R is the gas constant, T is the temperature, F is the Faraday constant, n is the number of electrons involved in the redox process of the polysulfide electrolyte on the surface of the CE, and R ct is the charge transfer resistance. represents. In the Tafel plot, a large slope of the curve indicates high J 0 and good electrocatalytic activity of the corresponding CE. The slope of rGO-Cu 2 S (5) was the steepest among all other CEs, showing the highest J 0 and highest electrocatalytic properties; This result is also consistent with that obtained from the Nyquist plot, where rGO-Cu 2 S has the lowest R ct . In the case of Cu 2 S-5, the slope was less steep than that of rGO-Cu 2 S (5), indicating poor catalytic properties. Therefore, as Tafel results show, rGO-Cu 2 S (5) has the highest catalytic activity among all other CEs. However, with increasing and decreasing number of deposition cycles, rGO-Cu 2 S (7) and rGO-Cu 2 S (3) showed relatively poor performance.

각각 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5), 및 rGO-Cu2S (7) CE로 구성된 QDSSC 장치의 J-V 특성을 1 태양 조도 하에 측정하였다(도 7a 참고). J-V 특성의 모든 4개의 가장 중요한 파라미터, 즉 개방 회로 전압(Voc), 단락-회로 전류 밀도(Jsc), 충전율(FF), 및 PCE(η)를 기록하여 표 2에 나타냈다. 표 2는 각각 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (7) CE를 갖는 QDSSC의 광발전 J-V 특성을 나타낸다.JV characteristics of QDSSC devices composed of Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5), and rGO-Cu 2 S (7) CE, respectively, under 1 solar irradiance. Measured (see Figure 7a). All four most important parameters of JV characteristics, namely open circuit voltage (V oc ), short-circuit current density (J sc ), charging factor (FF), and PCE (η), were recorded and presented in Table 2. Table 2 shows the photovoltaic JV characteristics of QDSSCs with Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (7) CE, respectively. .

샘플Sample Jsc (mA/㎠)J sc (mA/㎠) Voc (V)V oc (V) FF (%)FF(%) η (%)η (%) PtPt 12.04 ± 0.0512.04 ± 0.05 0.47 ± 0.0050.47 ± 0.005 42.3 ± 0.442.3 ± 0.4 2.39 ± 0.012.39 ± 0.01 Cu2S (5)Cu 2 S (5) 16.2 ± 0.0316.2 ± 0.03 0.56 ± 0.0070.56 ± 0.007 41.4 ± 0.341.4 ± 0.3 3.77 ± 0.013.77 ± 0.01 rGO-Cu2S (3)rGO-Cu 2 S (3) 14.6 ± 0.0914.6 ± 0.09 0.54 ± 0.0140.54 ± 0.014 42.8 ± 0.342.8 ± 0.3 3.38 ± 0.093.38 ± 0.09 rGO-Cu2S (5)rGO- Cu2S (5) 17.2 ± 0.0717.2 ± 0.07 0.56 ± 0.0070.56 ± 0.007 44 ± 0.344±0.3 4.26 ± 0.024.26 ± 0.02 rGO-Cu2S (7)rGO- Cu2S (7) 16 ± 0.0916±0.09 0.55 ± 0.020.55 ± 0.02 43.2 ± 0.243.2 ± 0.2 3.83 ± 0.063.83 ± 0.06

모든 QDDSC 셀 중에서, rGO-Cu2S (5) CE를 가진 QDSSC가 4.26%의 최고 효율, 17.2 mA/㎠의 Jsc, 0.58 V의 Voc, 및 44%의 FF로 가장 좋은 성능을 나타냈다. 그러나, Pt, Cu2S, rGO-Cu2S (3), 및 rGO-Cu2S (7) CE를 가진 QDSSC 셀은 각각 2.45%, 3.77%, 3.01%, 및 3.83%의 효율을 나타냈다. rGO-Cu2S (5)의 개선된 Jsc 및 FF는 각각 최저 Rct 및 Rs 값에 기인할 수 있고, 반면에 Pt CE의 낮은 성능은 최고 Rct 때문일 수 있다. CE의 전자 전도성 및 전기촉매 활성은 QDSSC의 성능에 현저하게 영향을 준다. 감소된 Rct는 레독스-커플 전해질의 재생률을 향상시켜 포토애노드/전해질의 계면에서 후방-전자 재결합률을 억제하여 Jsc를 향상시킨다. 감소된 Rs는 감소된 내부 저항을 나타내고, 태양 전지의 FF를 개선한다. 이들 사실에 근거하여, Cu2S와 함께 rGO의 도입은 Cu2S (5) 및 rGO-Cu2S (5)의 경우에서 FF 값을 41.4%로부터 44%로 향상시켰는데; 이는 거의 50% 감소된 Rs 때문인 것 같다. 따라서, 얻어진 우수한 전기화학적 결과는 측정된 대칭 셀로 최소 Rct 및 Rs 값을 갖는데, 이는 최고 Jsc 및 FF에 기인하고, 그 결과 rGO-Cu2S (5)의 최대 효율이 얻어진다. rGO-Cu2S (5) CE를 포함하는 이 QDSSC 셀의 효율은 상이한 제조 방법에 근거한 이전에 보고된 결과의 일부와 비슷하고 또한 우수하다(표 3 참고). 표 3은 얻어진 광발전 파라미터 및 이전에 보고된 유사한 상대 전극에서 얻어진 것 사이의 결과를 비교한 것이다.Among all QDDSC cells, QDSSC with rGO-Cu 2 S (5) CE showed the best performance with the highest efficiency of 4.26%, J sc of 17.2 mA/cm2, V oc of 0.58 V, and FF of 44%. However, QDSSC cells with Pt, Cu 2 S, rGO-Cu 2 S (3), and rGO-Cu 2 S (7) CE showed efficiencies of 2.45%, 3.77%, 3.01%, and 3.83%, respectively. The improved J sc and FF of rGO-Cu 2 S (5) can be attributed to the lowest R ct and R s values, respectively, while the lower performance of Pt CE can be attributed to the highest R ct . The electronic conductivity and electrocatalytic activity of CE significantly affect the performance of QDSSC. The reduced R ct improves the regeneration rate of the redox-coupled electrolyte, suppressing the back-electron recombination rate at the photoanode/electrolyte interface, thereby improving J sc . Reduced R s indicates reduced internal resistance and improves the FF of the solar cell. Based on these facts, the introduction of rGO together with Cu 2 S improved the FF value from 41.4% to 44% in the case of Cu 2 S (5) and rGO-Cu 2 S (5); This is likely due to an almost 50% reduction in R s . Therefore, the excellent electrochemical results obtained have the lowest R ct and R s values with the measured symmetric cell, which is due to the highest J sc and FF, resulting in the maximum efficiency of rGO-Cu 2 S (5). The efficiency of this QDSSC cell containing rGO-Cu 2 S (5) CE is similar to and also superior to some of the previously reported results based on different fabrication methods (see Table 3). Table 3 compares the results between the obtained photovoltaic parameters and those obtained from previously reported similar counter electrodes.

CEC.E. 방법method QDQD Jsc
(mA/㎠)
J sc
(mA/㎠)
Voc
(V)
V oc
(V)
FF
(%)
FF
(%)
η
(%)
η
(%)
rGO/Cu2SrGO/ Cu2S 용매열solvothermal heat CdS/CdSeCdS/CdSe 17.1117.11 0.580.58 4848 4.764.76 rGO/Cu2SrGO/ Cu2S 용매열solvothermal heat CdS/CdSeCdS/CdSe 15.8515.85 0.550.55 4444 3.853.85 rGO/Cu2SrGO/ Cu2S 스핀 코팅spin coating CdS/CdSeCdS/CdSe 18.418.4 0.510.51 4646 4.404.40 Cu2S@rGO Cu2S @rGO 수열sequence CdS/ZnSCdS/ZnS 8.678.67 0.570.57 4747 2.362.36 rGO-Cu2S (5)rGO- Cu2S (5) 전기화학적 공-환원Electrochemical co-reduction CdS/CdSe/ZnSCdS/CdSe/ZnS 17.217.2 0.560.56 4444 4.264.26

마지막으로, 각각 Pt, Cu2S (5), rGO-Cu2S (3), rGO-Cu2S (5), 및 rGO-Cu2S (7) CE를 갖는 QDSSC의 IPCE 스펙트럼을 파장(nm)의 함수로서 관측하였다(도 7b 참고). 제조된 rGO-Cu2S (5) CE를 갖는 QDSSC는 모든 다른 CE로 제조된 것 중에서 최고 IPCE를 나타냈는데, 이 결과는 또한 J-V 결과와 일치한다. 전반적으로, 제조된 rGO-Cu2S (5) CE에서 Cu2S와 함께 rGO의 도입은 Rct 및 Rs 값을 모두 낮춤으로써 표면의 반응성을 현저하게 개선하여, QDSSC의 광발전 성능을 향상시켰다.Finally, the IPCE spectra of QDSSCs with Pt, Cu 2 S (5), rGO-Cu 2 S (3), rGO-Cu 2 S (5), and rGO-Cu 2 S (7) CE, respectively, were analyzed by wavelength ( observed as a function of nm) (see Figure 7b). QDSSCs with as-prepared rGO-Cu 2 S (5) CE showed the highest IPCE among those prepared with all other CEs, a result that is also consistent with the JV results. Overall, the introduction of rGO together with Cu 2 S in the prepared rGO-Cu 2 S (5) CE significantly improved the reactivity of the surface by lowering both R ct and R s values, thereby improving the photovoltaic performance of QDSSC. I ordered it.

3. 결론3. Conclusion

새로운 전기화학적 공-환원 방법이 rGO-Cu2S CE의 제조에 도입되었다. 제조된 전극은 Nyquist 플롯 및 Tafel 분극 곡선에 의해 증명된 바와 같이, 폴리설파이드 레독스 커플의 환원(Sn 2-에서 S2-로)에 대한 촉매 특성에서 놀랄만한 향상을 나타냈다. 제조된 rGO-Cu2S (5) CE에서 Cu2S와 함께 rGO의 증착은 실현 가능한 전하 이동, FTO 표면과의 개선된 전기 접촉, 및 향상된 활성 표면적을 나타냈다. 결과적으로, rGO-Cu2S (5) CE를 기반으로 한 QDSSC는 4.26%의 최고 PCE를 나타냈는데, 이는 Cu2S CE(3.77%)와 비교하여 FF 및 Jsc의 향상 때문이다. rGO-Cu2S는 그 용이한 제조, 낮은 비용 및 덜 시간-소모적인 전착 방법으로 인해, QDSSC, DSSC, (광)전기화학적 산소 및 수소 발생 셀, 및 슈퍼커패시터를 포함하는 다양한 용도에 효율적인 전기촉매로서 유망한 플랫폼일 수 있다.A new electrochemical co-reduction method was introduced for the preparation of rGO-Cu 2 S CE. The fabricated electrode showed a remarkable improvement in catalytic properties for the reduction of polysulfide redox couples (S n 2 - to S 2 - ), as evidenced by Nyquist plots and Tafel polarization curves. Fabricated rGO-Cu 2 S (5) The deposition of rGO with Cu 2 S in CE showed feasible charge transfer, improved electrical contact with the FTO surface, and enhanced active surface area. As a result, QDSSC based on rGO-Cu 2 S (5) CE showed the highest PCE of 4.26%, which was due to the enhancement of FF and J sc compared to Cu 2 S CE (3.77%). Due to its easy fabrication, low cost, and less time-consuming electrodeposition method, rGO-Cu 2 S is an efficient electrical device for a variety of applications, including QDSSC, DSSC, (photo)electrochemical oxygen and hydrogen generation cells, and supercapacitors. It may be a promising platform as a catalyst.

Claims (13)

그래핀 산화물(GO) 및 Cu2+의 동시 환원을 초래하는 1-단계의 전기화학적 공-환원 공정에 이은 황화 공정에 의해, 환원된 그래핀 산화물(rGO)-Cu2S를 형성하는 상대전극 제조방법.Counter electrode forming reduced graphene oxide (rGO)-Cu 2 S by a one-step electrochemical co-reduction process resulting in simultaneous reduction of graphene oxide (GO) and Cu 2+ followed by a sulfurization process. Manufacturing method. 제1항에 있어서,
전기화학적 공-환원 공정은 4 내지 6 사이클의 순환 전압전류법을 이용하여 수행되는 상대전극 제조방법.
According to paragraph 1,
A counter electrode manufacturing method in which the electrochemical co-reduction process is performed using 4 to 6 cycles of cyclic voltammetry.
제1항에 있어서,
전기화학적 공-환원 공정은 -1.6 내지 0.8 V의 전위 범위에서 동전위 전착 방법을 이용하는 전기화학적 공-증착 공정인 상대전극 제조방법.
According to paragraph 1,
The electrochemical co-reduction process is a counter electrode manufacturing method that is an electrochemical co-deposition process using an electropotential electrodeposition method in a potential range of -1.6 to 0.8 V.
제1항에 따라 제조된 rGO-Cu2S를 포함하는 상대전극.A counter electrode containing rGO-Cu 2 S prepared according to claim 1. 제4항에 있어서,
rGO-Cu2S는 rGO 표면에 의해 완전히 래핑되는 Cu2S 마이크로스피어를 포함하는 상대전극.
According to paragraph 4,
rGO-Cu 2 S is a counter electrode containing Cu 2 S microspheres completely wrapped by the rGO surface.
제4항에 있어서,
rGO-Cu2S는 비정질 구조를 갖는 상대전극.
According to paragraph 4,
rGO-Cu 2 S is a counter electrode with an amorphous structure.
제4항에 있어서,
rGO-Cu2S는 36 내지 42 원자%의 Cu, 22 내지 28 원자%의 C, 13 내지 19 원자%의 O, 및 17 내지 23 원자%의 S를 포함하는 상대전극.
According to paragraph 4,
rGO-Cu 2 S is a counter electrode containing 36 to 42 atomic% of Cu, 22 to 28 atomic% of C, 13 to 19 atomic% of O, and 17 to 23 atomic% of S.
제4항에 있어서,
rGO-Cu2S의 광학적 밴드 갭은 1.1 내지 1.4 eV인 상대전극.
According to paragraph 4,
The optical band gap of rGO-Cu 2 S is a counter electrode of 1.1 to 1.4 eV.
제4항에 따른 상대전극;
포토애노드; 및
상대전극과 포토애노드 사이에 배치되는 레독스 전해질을 포함하는 태양전지.
Counter electrode according to clause 4;
photoanode; and
A solar cell containing a redox electrolyte disposed between a counter electrode and a photoanode.
제9항에 있어서,
태양전지는 양자점 감응 태양전지인 태양전지.
According to clause 9,
The solar cell is a quantum dot-sensitized solar cell.
제9항에 있어서,
포토애노드는 기판 상에 증착된 TiO2 필름, TiO2 필름의 표면 상에 증착된 CdS 및 CdSe 양자점, 양자점 상에 코팅된 ZnS층을 포함하는 태양전지.
According to clause 9,
The photoanode is a solar cell comprising a TiO 2 film deposited on a substrate, CdS and CdSe quantum dots deposited on the surface of the TiO 2 film, and a ZnS layer coated on the quantum dots.
제9항에 있어서,
레독스 전해질은 S, Na2S, 및 KCl을 포함하는 폴리설파이드인 태양전지.
According to clause 9,
A solar cell in which the redox electrolyte is a polysulfide containing S, Na 2 S, and KCl.
제9항에 있어서,
태양전지의 전력 변환 효율(PCE)은 3.9 내지 4.8%, 단락-회로 전류 밀도(Jsc)는 16.3 내지 18.4 mA/㎠, 개방 회로 전압(Voc)은 0.55 내지 0.6 V, 충전율(FF)은 43 내지 48%인 태양전지.
According to clause 9,
The power conversion efficiency (PCE) of the solar cell is 3.9 to 4.8%, the short-circuit current density (J sc ) is 16.3 to 18.4 mA/cm2, the open circuit voltage (V oc ) is 0.55 to 0.6 V, and the charging rate (FF) is Solar cells at 43 to 48%.
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