方法文章

将三重态-三重态湮灭上转换系统整合以增强染料敏化太阳能电池对亚带隙光的响应

DOI：

10.3791/52028

⸱

2014年9月12日

 ,  ,  ,  , 
1ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science (ACES), Intelligent Polymer Research Institute (IPRI), The University of Wollongong, 2School of Chemistry, The University of Sydney, 3School of Chemistry, The University of New South Wales

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

研制出一种集成器件，结合了染料敏化太阳能电池和三重态-三重态湮灭上转换单元，能够从更宽的太阳光谱范围内增强光捕获能力。在适度辐照条件下，该器件对低能光子的响应显著增强，使染料敏化太阳能电池的性能指标达到创纪录水平。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

染料敏化太阳能电池（DSCs）对红光和红外光的响应较差，是实现更高光电流以及更高效率的主要障碍之一。通过三重态-三重态湮灭（TTA-UC）实现的光子上转换是一种极具吸引力的技术，可将原本被浪费的低能量光子用于产生光电流，同时不会以有害方式干扰光阳极的性能。此外，TTA-UC 具有若干区别于其他已报道光子上转换技术的特点，使其特别适合与 DSC 技术耦合。在本研究中，一个已被证实的高性能 TTA-UC 体系——包含钯卟啉敏化剂和红荧烯发射体——被集成到一个高性能 DSC（使用有机染料 D149）中，构成一体化器件。该器件在 TTA-UC 子单元的吸收范围内对亚带隙光的响应得到增强，实现了迄今为止上转换辅助 DSC 性能的最高优值。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

染料敏化太阳能电池（DSCs）被认为是在低成本太阳能收集领域具有前景的技术1-3。尽管如此，该技术尚未实现广泛商业化。造成这一现状的原因有多种，其中一个重要问题是其吸收起始能量相对较高，限制了这些器件可达到的光捕获效率4。虽然这一问题可以通过某些方法克服，但降低吸收起始能量通常伴随着开路电压的下降，这会不成比例地削弱电流密度的任何提升效果5,6。

染料敏化太阳能电池（DSCs）的一般工作原理包括：染料分子在光激发后将电子转移至半导体（通常为TiO2），随后氧化态的染料通过氧化还原介质再生。这两个过程似乎都需要较大的驱动力（电势）才能高效进行7。由于存在如此显著的内在能量损失，显然这类器件的最佳吸收起始能量应相对较高。有机光伏（OPV）器件也存在类似问题，原因同样是有效电荷分离需要较大的化学驱动力。因此，基于这两种技术的单结器件，其太阳光-电转换效率的理论上限预测均涉及具有较宽（有效）带隙的吸光材料4。

为了解决上述光吸收问题，已采取多种方法，包括“第三代”8技术中的叠层结构9, 10和光子上转换11-14。

最近11，我们报道了一种集成器件，该器件由染料敏化太阳能电池（DSC）的工作电极和对电极组成，并在结构中引入了基于三重态-三重态湮灭的上转换（TTA-UC）系统。该TTA-UC组分能够捕获透过活性层的红光，并将其化学转化为更高能量的光子（下文将详细描述），这些光子可被DSC的活性层吸收并产生光电流。关于该系统有两个重要特点需要注意。首先，与其他光子上转换系统相比，TTA-UC具有多种潜在优势11；其次，该系统展示了一种可行的结构设计（原理验证），实现了TTA-UC的集成，而此前在TTA-UC相关文献中一直缺乏此类结构设计。

TTA-UC15-24 的过程涉及通过能量低于器件起始能量的光激发“敏化剂”分子（在本例中为 Pd 卟啉）。单重态激发的敏化剂分子迅速发生系间窜越，进入最低能量的三重态。随后，只要满足自由能条件25，它们便可将能量转移给处于基态三重态的“发射体”物种（例如红荧烯）。红荧烯的第一三重态（T1）能量高于其第一激发单重态（S1）的一半，但低于其第二三重态（T2）能量的一半，这意味着两个三重态激发的红荧烯分子形成的碰撞复合物可以以较高的概率发生湮灭，生成一个单重态激发的发射体分子（另一个则回到基态）。其他理论上统计预测存在的能态，对红荧烯而言极有可能因能量不匹配而无法达到26。随后，单重态激发的红荧烯分子可发射一个光子（类似于荧光），其能量足以激发染料敏化太阳能电池（DSC）工作电极上的染料。该过程如动画1所示。

与其他上转换（UC）系统相比，TTA-UC 具有多项优势，例如具有宽吸收范围和非相干性27, 28，使其成为与染料敏化太阳能电池（DSC）以及有机光伏（OPV）耦合的有吸引力的选择。TTA-UC 已被证明可在相对较低的光强和漫射光照条件下运行。DSC 和 OPV 均在低光强条件下效率最高。太阳能聚光技术成本较高，仅适用于高效率、高成本的器件。TTA-UC 系统在低光强条件下表现出相对较高的性能，这归因于其过程涉及具有强而宽吸收带的敏化剂发色团，以及长寿命的三重态，这些三重态能够扩散并与相互作用物种接触。此外，动力学研究发现 TTA-UC 具有较高的本征效率26。

尽管TTA-UC在低光强下运行，入射光强与发射光之间仍存在二次关系（至少在低光强范围内如此），这是由于该过程具有双分子特性。为统一考虑这一因素以及不同研究组报道的实验条件差异（特别是光强），应采用一种性能指标（FoM）体系来衡量上转换带来的性能提升。该性能指标定义为ΔJSC/ʘ，其中ΔJSC表示短路电流的增加量（通常通过积分有无上转换效应时的入射光子-载流子效率IPCE获得），而ʘ表示有效太阳光浓度（基于相关光谱区域，即敏化剂Q带吸收区的光子通量）229。

本文报道了一种制备和正确表征集成化DSC-TTA-UC器件的实验方案，特别关注器件测试中可能存在的陷阱。希望本方案可为该领域的进一步研究提供基础。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. DSC 制备

1.1. 工作电极的制备

  1. 将一整片掺氟二氧化锡（F:SnO2）涂层玻璃（110 mm × 110 mm × 2.3 mm，<8 Ω/□）依次在肥皂水、丙酮和乙醇中进行超声清洗（每种溶剂各10分钟）。
  2. 按照以下步骤沉积一层致密的TiO2：
    1. 用压缩空气吹干玻璃，并将玻璃（导电面朝上）置于加热板上加热至450 °C。
    2. 将二异丙氧基双（乙酰丙酮）钛（75 wt% 异丙醇溶液）与乙醇按1:9的比例稀释。
    3. 从约100 mm的距离向加热的玻璃表面喷雾稀释后的溶液，均匀喷洒五次。
    4. 每10秒喷洒一圈，共喷12圈。
    5. 关闭加热板前，继续在450 °C下保持5分钟。将玻璃留在加热板上，使其缓慢冷却至室温。
  3. 将玻璃放置于丝网印刷机平台上（导电面再次朝上）。插入丝网并调整图案与玻璃对齐。在丝网上加入TiO2浆料，印刷一层或两层。若需印刷两层，每层印刷之间需将玻璃板从印刷机中取出，覆盖后静置约5分钟，然后在125 °C下加热10分钟，再放回印刷机进行下一层印刷。
  4. 完成最终印刷后，运行完整的烧结程序：以12.5 °/min的速率将电极加热至150 °C，保温10分钟；再以11.7 °/min升至325 °C，保温5分钟；接着以10 °/min升至375 °C，保温5分钟；随后以10.7 °/min升至450 °C，保温30分钟；最后以10 °/min升至500 °C，保温15分钟。此后缓慢冷却至室温。
  5. 将母板切割成单个电极，确保印刷薄膜周围留有足够的空间以便后续安装垫圈。使用压缩空气清除所有玻璃碎屑。
  6. 将电极浸入20 mM的TiCl4水溶液中， loosely 覆盖容器，并放入预热至70 °C的烘箱中处理30分钟。随后 彻底清洗电极，并再次在500 °C下烧结30分钟。
  7. 待电极冷却至100 °C以下后，将其浸入0.5 mM的染料溶液中。本实验中使用D149溶于乙腈与叔丁醇（1:1）的混合溶剂。
  8. 染色过夜（O/N）后 取出电极，用乙腈剧烈冲洗约30秒，再静置30秒。从冲洗液中取出电极，用压缩空气吹干。

1.2. 对电极的制备

  1. 将另一片2.3 mm厚的F:SnO2玻璃切割成18.3 mm × 27.5 mm的片状。
  2. 将对电极浸入水中，使用安装在小型台式钻机上的金刚石牙科钻头在角落处钻一个小孔（直径φ = 1 mm，距每个角落2.5 mm），作为注液口。
  3. 按照第1.1.1节的方法清洗对电极。
  4. 干燥对电极，并将其导电面朝上放置于瓷砖上。滴加一滴氯铂酸溶液（H2PtCl6，10 mM乙醇溶液），用移液管末端涂布均匀。将瓷砖置于已预热（400 °C）的加热板上加热15分钟。之后取下玻璃片和瓷砖，置于实验台上冷却。

1.3. 反射器

  1. 使用与对电极相同的工艺（第1.2.2节），将一块非导电的2 mm玻璃切割为18.3 mm × 27.5 mm，并沿长边相邻的两个角钻孔。
  2. 按照上述相同方案（1.1.1）清洗玻璃一次。
  3. 用低残留胶带将洁净、干燥的玻璃从三边固定在实验台上。滴加一滴Al2O3浆料（0.3 µm Al2O3颗粒2.0 g，胶体Al2O3 2 ml + 乙醇1 ml），并用玻璃棒涂布成膜。
  4. 让薄膜自然干燥，取下胶带，于500 °C下烧结30分钟。

1.4. 仪器组装

  1. 切割两批热熔胶垫片。
    注意：第一批用于DSC，厚度为25 µm，内径尺寸为17 mm × 8 mm，外径尺寸为21 mm × 12 mm。第二批用于上转换室，使用60 µm垫片材料对折，形成120 µm厚度。折叠后，该垫片的内径尺寸为17 mm × 21 mm，外径尺寸为21 mm × 25 mm。
  2. 将第一个垫片放置在对电极的一角，确保注入口可接触。将工作电极覆盖其上，使印刷区域完全位于垫片内部，并实现良好密封。
  3. 将此组件移至加热板（120 °C），施加压力直至垫片软化并熔化，可通过观察垫片润湿玻璃表面的现象来判断。取出组件并使其冷却。
  4. 将第二个垫片放置在反射器上，再次确保注入口未被覆盖。将DSC置于其上，使印刷区域正对印刷的氧化铝反射器。再次在施加压力的同时加热装置，直至垫片软化并粘附，操作方式同第1.4.3节。该组件如图1所示。

1.5. 填充空腔

  1. 配制电解质溶液：在甲氧基丙腈中溶解0.1 M LiI、0.6 M 1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘化物和0.05 M碘，制成溶液。
  2. 将器件放入带有真空管的小型塑料容器中，使对电极朝上放置。
  3. 在孔洞上方滴加一滴电解质溶液，并在其上覆盖一块玻璃片。抽真空数秒以排出染料敏化太阳能电池（DSC）空腔内的空气，随后释放真空，使电解质被吸入空腔内。
  4. 通过将热熔密封垫材料覆合到铝箔上来制备密封件。将这些密封件放置于加热板上，垫层面向上。彻底清洁对电极背面，然后将器件压在垫层材料上约5秒完成密封。
  5. 配制TTA-UC溶液：将0.6 mM的Pd染料（四(3,5-二叔丁基苯基)-6'-氨基-7'-硝基-四喹喔啉[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-卟啉)合钯(II)）和22 mM的并四苯溶解于苯中。使用液氮反复进行三次冷冻-抽气-解冻循环，充分去除溶液中的氧气。
  6. 在手套箱内，将TTA-UC溶液注入器件背面空腔，利用毛细作用使其渗透填充。待完全填充后，再次彻底清洁表面，并用另一片带铝箔支撑的密封垫材料进行密封。

2. 测量

2.1. 电极接触

  1. 使用超声波焊台和合适的焊料，将焊料涂覆至工作电极和对电极暴露的F:SnO2部分。
  2. 使用普通焊料将导线连接至阳极和阴极。
  3. 在开口边缘涂覆紫外固化环氧树脂。
    注意：此步骤旨在作为防止氧气进入和溶剂蒸发的二次封装措施，同时增强器件的机械强度，特别是导线连接部位的牢固性。
  4. 通过接线端子将阳极和阴极导线连接至一端开放的BNC电缆。

2.2. IPCE 测量装置

  1. 使用图2所示的示意图装置，将集成器件安装到细胞支架上。
  2. 通过安装在可调支架上的反射镜，用670 nm连续波激光束（“泵浦光束”）照射集成器件的一小部分区域（约2 mm × 1 mm）。
  3. 使用氙灯产生非相干准单色光（“探测光束”），依次通过405 nm长通滤光片、工作频率为29 Hz的斩波轮、单色仪、倾斜的玻璃片（此处用作约4%的分束器）和抛物面反射镜，照射集成的TTA-UC染料敏化太阳能电池（DSC）。通过泵浦光束激发上转换（UC）层，在TTA-UC层中产生背景三重态布居，泵浦光束以特定角度入射，使其仅照射UC层而不照射被探测的DSC活性层。
  4. 使用可调反射镜支架对准泵浦光束和探测光束在TTA-UC层上的位置。利用动态信号采集设备、电流放大器及自研控制软件，测量探测光束在可见光谱范围内以5 nm步长扫描时所产生的短路电流。
  5. 同时使用功率计和具有模拟输出的光电二极管记录从玻璃片反射的探测光束的功率变化，并将信号输入至信号采集设备。在软件中根据探测光束的功率波动对器件的JSC进行校正。
  6. 轻微移动可调反射镜支架以偏移泵浦光束，使其照射到探测光束相邻的器件活性层区域。重复测量泵浦光束与探测光束未对准的情况。
  7. 在相同位置记录六组对准与未对准状态下的测量数据，以提高信噪比。
  8. 通过在泵浦光路中插入不同已知670 nm透射率的中性密度滤光片来降低泵浦光束强度，并在一系列不同强度下重复步骤2.2.4至2.2.7。
  9. 在不启用泵浦光束光源的情况下测量集成器件的JSC。
  10. 将光电二极管置于样品位置，测量照射在DSC上的探测光功率对应的光电流。
  11. 移除上转换腔后，使用紫外-可见分光光度计测量所研究器件的透射率，获得透射光谱TDSC。
    注意：此步骤也可在步骤1.4与1.5之间进行。

2.3. 泵浦源表征

  1. 使用光电二极管和功率计（如第2.2.10节所述），测量每种滤光条件下在DSC位置处的泵浦光束功率。
  2. 将泵浦光束投射到一张网格纸上，拍摄其在实验中TTA层所在位置等效处的图像。如有必要，强烈衰减光束以防止相机探测器饱和。利用该图像和图像分析软件确定泵浦光斑尺寸。

3. 数据处理

3.1. 将所有数据插值至 1 nm 间隔。

3.2. IPCE 的测定

  1. 根据光电二极管测得的探测光功率（以产生的电流 I 表示）和电荷量（q），计算到达集成器件的光子通量（φ）：
  2. 根据无泵浦光照条件下的短路电流密度（JSC）测量值和探测光通量，计算器件的电池入射光子-电子转换效率（IPCE0）。
  3. 通过比较泵浦光与探测光对准时和错准时的测量结果，计算激活上转换器所带来的相对增强效果。
  4. 太阳光浓度因子的测定
  5. 将敏化剂的消光系数转换为吸收截面 σ。
  6. 通过将标准 AM1.5G 太阳光谱中各波长处的光子通量密度、DSC 和敏化剂的透射率以及敏化剂的吸收截面（σ）相乘，并在敏化剂 Q 带吸收范围（通常为 600 nm 至 750 nm）内对乘积求和，得到敏化剂在标准 AM1.5G 光谱下的激发速率（kφ）。
  7. 根据泵浦光源的功率和光斑尺寸，计算使用不同中性密度滤光片时的泵浦光子通量密度；然后将这些通量密度与 DSC 及敏化剂在 670 nm 处的透射率相乘，得到泵浦激发速率。
  8. 通过泵浦激发速率与 AM1.5G 条件下激发速率的比值，计算太阳光浓度因子（ʘ）。

3.3. 模型拟合与拟合优度确定

  1. 拟合相对增强度模型 = 1 + 常数 × (T差示扫描量热法/IPCE0) × [(σ泵× σ探针 ) / (σ泵 + σ探针)]，到实验增强结果上，其中 σ泵 和σ探针 是相对于泵浦光和探测光波长的截面；σ泵 对于每个泵浦强度，σ 是固定的探针 随波长而变化。
  2. 估算 J 的增强程度干细胞 由上转换效应获得（ΔJ干细胞) 来自IPCE之间的差异加州大学 以及IPCE0 以及太阳通量密度。
  3. 通过归一化 ΔJ 计算 FoMSC 由于TTA-UC在低激发强度下对输入功率具有二次依赖性，因此与太阳光浓度因子的平方成正比。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

图3A - D展示了在不同测量条件下测得的增强响应，其影响将在下文更详细地讨论。从原始电流密度增强结果可以看出，图4A和4B中的结果归因于上转换过程，其峰值电流增强和IPCE增强与敏化剂的吸收光谱高度匹配，仅因透过DSC活性层时发生透射衰减而略有减弱。

为了避免激光偏置引入的测量伪影，已调整泵浦光束，使其以更大的角度到达上转换层，相对于探测光束的位置，如图2所示。图4A显示了无明显偏置效应的增强结果，而图4C和图4D均受到此问题的影响。正确对准对测量结果的影响如图4A所示，其中短路电流密度（JSC）的差异反映了敏化剂的吸收特性，该敏化剂在675 nm处具有吸收峰。除了敏化剂的吸收区域和器件的透明区域外，JSC的差异均被噪声所掩盖。

...

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本方案提供了一种实现光子上转换增强型染料敏化太阳能电池（DSC）的方法，并详细说明了如何正确测量此类器件。利用该性能指标（FoM），可简便地计算在不同光照强度（包括标准1个太阳光照强度）下预期的短路电流密度增量（ΔJSC）。如图4插图所示，这些数值在系统未达到饱和阈值时与光照强度无关，符合预期33。通过该性能指标（FoM），我们能够对三重态-三重态湮灭上转换（TTA-UC）或其他非线性上转换过程的增强效果进行标准化，从而实现便捷的比较。

尽管本研究中获得的DSC器件FoM值是目前已报道的DSC FoM值中最高的，但仍远未达到商业应用水平（~1 mA∙cm-2ʘ-2）。此外，此类尺度的增强效应可能难以测量。本报告中（具体而言在 图3C 和 3D) 展示了错误测量技术带来的风险，其中泵浦光束引发了一个（某种程度上）意料之外的问题。该问题可能为染料敏化太阳能电池（DSCs）所特有，但如果存在任何不确定...

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

没有需要披露的内容。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

A.N. 感谢澳大利亚可再生能源署（ARENA）和澳大利亚国家制造设施（ANFF）的支持。本研究项目由澳大利亚太阳能研究所（6-F020 和 A-023）资助，并得到新南威尔士州政府和悉尼大学的资助支持。本研究的部分工作获得了澳大利亚研究理事会发现项目资助计划（DP110103300）的支持。设备采购得到了澳大利亚研究理事会（LE0668257）的资助支持。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
(四(3,5-二叔丁基苯基)-6’-氨基-7’-硝基-四(喹喔啉[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-卟啉)]钯(II))本实验室制备本实验室制备Chem. Commun., 4851–4853 (2007)
1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘化物Solaronix33150材料警示：刺激性
405 nm 长通滤光片SemrockBLP01-405R-25-
670 nm 激光器ThorlabsLDS5 + CPS198-
丙酮ChemsupplyAA008-20L-P材料警示：易燃
乙腈Sigma271004材料警示：易燃
氧化铝Alfa Aesar12733
氧化铝Leeco810-782
反向填充室Sistema1303Klip it round，已改装
苯ScharlauBE0033材料警示：有毒
BNC 电缆JaycarRG- 59U
CerasolzerMBRCS186
斩波轮ThorlabsMC1000A
控制软件本实验室开发本实验室开发使用 LabVIEW 编写
电流放大器Stanford Research SR 570
D149 染料1mOSO149
牙科钻头Priority dental supplies835.104.008
洗涤剂PalmoliveOriginal
金刚石切割轮Frameco14220
钻机Dremel220
动态信号采集设备National InstrumentsUSB-4431模拟-数字转换
乙醇Univar214材料警示：易燃
手套箱IT systems
H2PtCl6Sigma334472材料警示：腐蚀性
热熔胶密封垫SolaronixMeltronic 1170-25Surlyn
热熔胶密封垫SolaronixMeltronix 1170-60Surlyn
加热板Harry GestigkeitPR 5 3T / PZ28-3T
加热板IKARCT basic
图像分析软件美国国立卫生研究院Image-J
碘Sigma326143材料警示：腐蚀性
激光雕刻机Universal Laser SystemsPLS6WM
液氮Air Liquide
碘化锂Aldrich518018材料警示：有毒
甲氧基丙腈Sigma65290材料警示：易燃
反射镜ThorlabsPF10-03-P01
反射镜支架ThorlabsKM100
单色仪Spectral Products CM110
中性密度滤光片Edmund Industrial Optics64-352
抛物面反射镜Newport50329AL, 50338AL
光电二极管Newport918D-UV-OD3
功率计Newport1936-C
并四苯Sigma551112
半自动丝网印刷机KeywellKY-500FH
喷雾热解仪Glaskeller
胶带3MMagic Tape
接线端子JaycarHM3194
叔丁醇Sigma360538材料警示：易燃
TiCl4Sigma89545材料警示：腐蚀性
瓷砖Johnson tiles
瓷砖切割器DTADTA-310
TiO2 浆料DyesolNR18-T-
双(乙酰丙酮)二异丙氧基钛(75% 异丙醇溶液)Aldrich325252材料警示：易燃
超声波焊台MBRUSS-9200
紫外固化环氧树脂Dymax425材料警示：刺激性
紫外固化系统DymaxBlueWave 50
紫外-可见分光光度计Varian Cary1E
真空比色皿定制定制
真空泵旋片式背压扩散泵
擦拭纸Kimtech34120KCKimwipes
Xe 灯Energetiq LDLSTM EQ-1500白光光源

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. O'Regan, B., Grätzel, M. A low-cost, high-efficiency solar-cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature. 353, 737-740 (1991).
  2. Grätzel, M. Photoelectrochemical cells. Nature. 414 (6861), 338-344 (2001).
  3. Hagfeldt, A., Boschloo, G., Sun, L., Kloo, L., Pettersson, H. Dye-Sensitized Solar Cells. Chem. Rev. 110 (11), 6595-6663 (2010).
  4. Tayebjee, M. J. Y., Hirst, L. C., Ekins-Daukes, N. J., Schmidt, T. W. The efficiency limit of solar cells with molecular absorbers: A master equation approach. J. Appl. Phys. 108, 124506(2010).
  5. Daeneke, T., Gräf, K., Watkins, S. E., Thelakkat, M., Bach, U. Infrared Sensitizers in Titania-Based Dye-Sensitized Solar Cells using a Dimethylferrocene Electrolyte. ChemSusChem. 6, 2056-2060 (2013).
  6. Tian, H. N., Yang, X., Chen, R., Hagfelt, A., Sun, L. A metal-free "black dye" for panchromatic dye-sensitized solar cells. Energ. Environ. Sci. 2 (6), 674-677 (2009).
  7. Daeneke, T., et al. Dye Regeneration Kinetics in Dye-Sensitized Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134 (41), 16925-16928 (2012).
  8. Green, M. A. Third Generation Photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion. , Springer. New York, NY. Series in Photonics (2003).
  9. He, J. J., Lindström, H., Hagfeldt, A., Lindquist, S. E. Dye-sensitized nanostructured p-type nickel oxide film as a photocathode for a solar cell. J. Phys. Chem. B. 103 (42), 8940-8943 (1999).
  10. Nattestad, A., et al. Highly efficient photocathodes for dye-sensitized tandem solar cells. Nat. Mater. 9 (1), 31-35 (2010).
  11. Nattestad, A., et al. Dye-Sensitized Solar Cell with Integrated Triplet-Triplet Annihilation Upconversion System. J. Phys. Chem. Lett. 4 (12), 2073-2078 (2013).
  12. Liu, M., Lu, Y., Xie, Z. B., Chow, G. M. Enhancing Near-Infrared Solar Cell Response Using Upconverting Transparent Ceramics. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 95, 800-803 (2011).
  13. Shan, G. B., Demopolous, G. P. Near-Infrared Sunlight Harvesting in Dye-Sensitized Solar Cells Via the Insertion of an Upconverter-TiO2 Nanocomposite Layer. Adv. Mater. 22, 4374-4377 (2010).
  14. Yuan, C., et al. Use of Colloidal Upconversion Nanocrystals for Energy Relay Solar Cell Light Harvesting in the Near-Infrared Region. J. Mater. Chem. 22, 16709-16713 (2012).
  15. Cheng, Y. Y., et al. Molecular Approaches to Third Generation Photovoltaics: Photochemical Up-conversion. Next Generation (Nano) Photonic and Cell Technologies for Solar Energy Conversion. , 7772-7777 (2010).
  16. Parker, C. A., Hatchard, C. G. Delayed Fluorescence from solutions of Anthracene and Phenanthracene. P. R. Soc. London. 269, 574-584 (1962).
  17. Zhao, J., Ji, S., Guo, H. Triplet-Triplet Annihilation Based Upconversion: From Triplet Sensitizers and Triplet Acceptors to Upconversion Quantum Yields. RSC Adv. 1, 937-950 (2011).
  18. Singh-Rachford, T. N., Castellano, F. N. Photon Upconversion Based on Sensitized Triplet-Triplet Annihilation. Coordin. Chem. Rev. 254, 2560-2573 (2010).
  19. Baluschev, S., et al. Up-Conversion Fluorescence: Noncoherent Excitation by Sunlight. Phys. Rev. Lett. 97, 143903(2006).
  20. Ceroni, P. Energy Up-Conversion by Low-Power Excitation: New Applications of an Old Concept. Chem. Eur. J. 17, 9560-9564 (2011).
  21. Penconi, M., Ortica, F., Elisei, F., Gentili, P. G. New Molecular Pairs for Low Power Non-Coherent Triplet-Triplet Annihilation Based Upconversion: Dependence on the Triplet Energies of Sensitizer and Emitter. J. Lumin. 135, 265-270 (2013).
  22. Liu, Q., Yang, T., Feng, F., Li, F. Blue-Emissive Upconversion Nanoparticles for Low-Power-Excited Bioimaging in Vivo. J. Am. Chem. Soc. 134, 5390-5397 (2012).
  23. Simon, Y. C., Weder, C. Low-Power Photon Upconversion through Triplet-Triplet Annihilation in Polymers. J. Mater. Chem. 22, 20817-20830 (2012).
  24. Jankus, V., et al. Energy Conversion via Triplet Fusion in Super Yellow PPV Films Doped with Palladium Tetraphenyltetrabenzoporphyrin: a Comprehensive Investigation of Exciton Dynamics. Adv. Funct. Mater. 23, 384-393 (2013).
  25. Cheng, Y. Y., et al. Entropically Driven Photochemical Upconversion. J. Phys. Chem. A. 115, 1047-1053 (2011).
  26. Cheng, Y. Y., et al. Kinetic Analysis of Photochemical Upconversion by Triplet-Triplet Annihilation: Beyond Any Spin Statistical Limit. J. Phys. Chem. Lett. 1 (12), 1795-1799 (2010).
  27. Baluschev, B., et al. Upconversion with ultrabroad excitation band: Simultaneous use of two sensitizers. Appl. Phys. Lett. 90, 181103(2007).
  28. Borjesson, K., et al. Photon upconversion facilitated molecular solar energy storage. J. Mater. Chem. A. 1, 8521-8524 (2013).
  29. Cheng, Y. Y., et al. Improving the light-harvesting of amorphous silicon solar cells with photochemical upconversion. Energ. Environ. Sci. 5 (5), 6953-6959 (2012).
  30. Dominici, L. Dye-Sensitized Solar Cells: Basic Photon Management Strategies. Solar Cells - Dye-Sensitized Devices. Kosyachenko, L. A. , InTech. 291(2011).
  31. Schulze, T. F., et al. Photochemical Upconversion Enhanced Solar Cells: Effect of a Back Reflector. Aust. J. Chem. 65 (5), 480-485 (2012).
  32. Schulze, T. F., et al. Efficiency Enhancement of Organic and Thin-Film Silicon Solar Cells with Photochemical Upconversion. J. Phys. Chem. C. 116 (43), 22794-22801 (2012).
  33. Haefele, A., Blumhoff, B., Khnayzer, R. S., Castellano, F. Getting to the (Square) Root of the Problem: How to Make Noncoherent Pumped Upconversion Linear. J. Phys. Chem. Lett. 3, 299-303 (2012).
  34. Lewitzka, F., Löhmannsröben, H. G. Investigation of Triplet Teracene and Triplet Rubrene in Solution. Z. Phys. Chem. 150, 69-86 (1986).
  35. Ventura, B., Esposti, A. D., Koszarna, B., Gryko, D. T., Flamigni, L. Photophysical characterization of free-base corroles, promising chromophores for light energy conversion and singlet oxygen generation. New J. Chem. 29, 1559-1566 (2005).
  36. MacQueen, R. W., et al. Nanostructured upconverters for improved solar cell performance. Proceedings SPIE. 8824, 882408-882409 (2013).
  37. Yella, A., et al. Porpyrin-sensitized Solar Cells with Cobalt (II/III)-based redox electrolyte exceed 12 percent efficiency. Science. 334, 629-634 (2011).

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表

申请许可

标签

D149

相关文章