NiPd-rGO sebagai elektrod lawan peranti sel suria terpeka pewarna

Abstract

Platinum (Pt) digunakan secara meluas sebagai elektrod lawan peranti sel suria terpeka pewarna (DSSC) kerana ia dapat menghasilkan kecekapan dan ketahanan yang tinggi. Sebagai alternatif, bahan berasaskan grafin berpotensi menggantikan Pt sebagai elektrod lawan. Walau bagaimanapun, prestasi DSSC bahan berasaskan grafin seperti grafin oksida terturun (rGO) masih rendah untuk dipadankan dengan Pt. Penambahbaikan seperti menambah bahan logam pada rGO perlu dilakukan. Oleh itu, bahan alternatif dikaji dalam kajian ini dengan menggunakan nikel-paladium grafin oksida terturun (NiPd-rGO) sebagai pemangkin dalam elektrod lawan. Paladium (Pd) dan nikel (Ni) disediakan ke atas substrat ITO menggunakan kaedah pemendapan fasa cecair (LPD). Sumber Pd yang digunakan adalah larutan prekursor yang lebih murah berbanding filem Pt yang disediakan menerusi teknik percikan. Kajian dijalankan dengan mengkaji pengaruh kepekatan Ni, kepekatan Pd serta suhu LPD NiPd terhadap filem NiPd-rGO dan parameter fotovoltan DSSC. Filem NiPd-rGO dimendapkan ke atas substrat mengguna pakai kaedah LPD dan salutan putar. Analisis mikroskopi elektron imbasan pancaran medan (FESEM) dengan gandingan spektroskopi sinar-X sebaran tenaga (EDX), pembelauan sinar-X (XRD) dan spektroskopi ultralembayung-cahaya tampak (UV-Vis) telah dijalankan bagi mengesahkan morfologi, komposisi unsur, struktur fasa dan sifat optik masing-masingnya pada sampel. Prestasi fotovoltan, ciri fiziko-kimia kerintangan dan kecekapan kuantum DSSC masing-masingnya dikaji dengan pengukuran arus-voltan (I-V), spektroskopi impedans elektrokimia (EIS) dan analisis kecekapan penukaran foton-tuju-kepada-arus (IPCE). Peranti piawai yang menggunakan elektrod lawan Pt memberikan PCE sebanyak 2.5 % pada suhu sepuh lindap TiO2 500 °C. Manakala peranti kawalan rGO menghasilkan PCE sebanyak 1.68%. Pengaruh kepekatan Ni dalam NiPd-rGO melalui prestasi peranti didapati tertinggi pada kepekatan sampel 20:1 dengan ketumpatan arus litar-pintas (JSC), voltan litar-terbuka (VOC), faktor pengisi (FF) serta kecekapan penukaran kuasa (PCE) sebanyak 12.2 mA/cm2, 0.66 V, 26.5 % dan 2.13 % masing-masingnya. Dapatan ini disokong oleh analisis EDX di mana pada nisbah mol teori Ni:Pd (20:1) ini memberikan nilai formula empirik yang optimum pada nisbah mol Ni:Pd (5:1). Seterusnya, pengaruh kepekatan Pd dikaji terhadap DSSC dan PCE didapati meningkat kepada 3.09 % dengan perubahan kepekatan Pd optimum pada nisbah 20:2. PCE ini disumbangkan oleh nilai RCT (18.0 Ω) dan EL (0.62 ms) yang kecil dari analisis EIS walaupun nilai formula empirik (20:6) bukanlah yang tertinggi. DSSC dengan sampel pada nisbah optimum NiPd 20:2, dan suhu endap NiPd ke atas ITO pada suhu 60 °C diperhatikan memberi hasil prestasi PCE yang optimum kepada peranti iaitu 3.09 %. Kesimpulannya, elektrod lawan NiPd-rGO dengan parameter NiPd berkepekatan 20:2 dan suhu LPD 60 °C adalah yang optimum yang mana di berikan oleh formula empirik Ni:Pd yang paling optimum pada nisbah (20:6) dapat menghasilkan PCE dengan kecekapan 24 % lebih tinggi daripada peranti piawai yang menggunakan Pt (PCEPt=2.5 %). Keputusan ini menunjukkan NiPd-rGO berpotensi digunakan sebagai elektrod lawan menggantikan Pt dalam DSSC pada masa hadapan.