Abstract In the present investigation, optoelectronic modifications of the TiO2 host lattice through insertion of Cr(III) (0.5–3.0 mol.%) as a dopant and thereafter its composites with MWCNTs prepared using single step in-situ sol-gel route and its photovoltaic performance of the hybrids was investigated using Ru(II) based sensitizer. The physicochemical properties (viz. structural, opto-electrical, morphological and charge transfer behavior) of the ternary Cr@TiO2/MWCNTs NCs are compared with the TiO2/MWCNTs NC through various spectroscopic (XRD, Raman, UV–Visible DRS, XPS, FT-IR, PL, TRPL and EIS measurements) and microscopic (HR-TEM with SAED) analysis. TRPL and EIS studies reveals that, average life time of the electrons in the excited state increases and interfacial charge transfer resistance decreases after the insertion of Cr(III) ion into the TiO2 host lattice. After the detailed physicochemical investigations, binder free NCs were deposited on the F:SnO2 (FTO) by doctor-blade technique using DMF and CH3CN solvents and then anchored with N719 dye. Finally, sensitized photoelectrode sandwiched with Pt-counter electrode for making the sandwich dye sensitized solar cells (DSSCs) and photovoltaic performance of the assembled devices was measured under AM 1.5 solar simulator for I-V and IPCE measurements. The Cr.0.010@Ti0.990C NCs based DSSCs shows highest photovoltaic conversion efficiency up to η = 7.69% which is 20% (η = 6.18%) higher to that of undoped TiO2/MWCNTs based DSSCs.

中文翻译：

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TiO2/MWCNTs 纳米复合材料中 Cr(III) 掺杂的协同作用：与光伏研究相关的增强的物理化学性质

摘要 在本研究中，通过插入 Cr(III) (0.5-3.0 mol.%) 作为掺杂剂对 TiO2 主晶格进行光电改性，然后使用一步原位溶胶-凝胶法制备其与多壁碳纳米管的复合物及其使用基于 Ru(II) 的敏化剂研究了混合体的光伏性能。将三元 Cr@TiO2/MWCNTs NCs 的理化性质（即结构、光电、形态和电荷转移行为）与 TiO2/MWCNTs NCs 通过各种光谱（XRD、拉曼、UV-Visible DRS、XPS、 FT-IR、PL、TRPL 和 EIS 测量）和显微（带 SAED 的 HR-TEM）分析。TRPL 和 EIS 研究表明，在 Cr(III) 离子插入 TiO2 主晶格后，激发态电子的平均寿命增加，界面电荷转移电阻降低。经过详细的物理化学研究，使用 DMF 和 CH3CN 溶剂通过刮刀技术将无粘合剂的 NC 沉积在 F:SnO2 (FTO) 上，然后用 N719 染料固定。最后，在用于 IV 和 IPCE 测量的 AM 1.5 太阳能模拟器下测量用于制造夹心染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的敏化光电极和 Pt 对电极，并测量组装器件的光伏性能。基于 Cr.0.010@Ti0.990C NCs 的 DSSCs 显示出最高的光伏转换效率，高达 η = 7.69%，比基于未掺杂 TiO2/MWCNTs 的 DSSCs 高 20%（η = 6.18%）。经过详细的物理化学研究，使用 DMF 和 CH3CN 溶剂通过刮刀技术将无粘合剂的 NC 沉积在 F:SnO2 (FTO) 上，然后用 N719 染料固定。最后，在用于 IV 和 IPCE 测量的 AM 1.5 太阳能模拟器下测量用于制造夹心染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的敏化光电极和 Pt 对电极，并测量组装器件的光伏性能。基于 Cr.0.010@Ti0.990C NCs 的 DSSCs 显示出最高的光伏转换效率，高达 η = 7.69%，比基于未掺杂 TiO2/MWCNTs 的 DSSCs 高 20%（η = 6.18%）。经过详细的物理化学研究，使用 DMF 和 CH3CN 溶剂通过刮刀技术将无粘合剂的 NC 沉积在 F:SnO2 (FTO) 上，然后用 N719 染料固定。最后，在用于 IV 和 IPCE 测量的 AM 1.5 太阳能模拟器下测量用于制造夹心染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的敏化光电极和 Pt 对电极，并测量组装器件的光伏性能。基于 Cr.0.010@Ti0.990C NCs 的 DSSCs 显示出最高的光伏转换效率，高达 η = 7.69%，比基于未掺杂 TiO2/MWCNTs 的 DSSCs 高 20%（η = 6.18%）。用于制造夹心染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的敏化光电极夹有 Pt 对电极，并在 AM 1.5 太阳能模拟器下测量组装器件的光伏性能，用于 IV 和 IPCE 测量。基于 Cr.0.010@Ti0.990C NCs 的 DSSCs 显示出最高的光伏转换效率，高达 η = 7.69%，比基于未掺杂 TiO2/MWCNTs 的 DSSCs 高 20%（η = 6.18%）。用于制造夹心染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的敏化光电极夹有 Pt 对电极，并在 AM 1.5 太阳能模拟器下测量组装器件的光伏性能，用于 IV 和 IPCE 测量。基于 Cr.0.010@Ti0.990C NCs 的 DSSCs 显示出最高的光伏转换效率，高达 η = 7.69%，比基于未掺杂 TiO2/MWCNTs 的 DSSCs 高 20%（η = 6.18%）。