RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Andrew Nattestad1, Yuen Yap Cheng2, Rowan W. MacQueen2, Gordon G. Wallace1, Timothy W. Schmidt3
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
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
מכשיר משולב, כוללים יחידות השמדת תא ושלישיית שלישייה סולרית צבען רגיש עד המרה הופק, ונותן קצירת אור משופר, מסעיף רחב יותר של ספקטרום השמש. תחת רמות קרינה צנועות תגובה משופרת באופן משמעותי לפוטוני אנרגיה נמוכים הודגמה, מניב שיא דמותו של הכשרון עבור תאים סולריים צבען רגיש.
התגובה הירודה של תאים רגישים, צבע שמש (DSCs) לאור אדום ואינפרא האדום היא מכשול משמעותי למימוש photocurrents ויעילות גבוהה יותר ומכאן גבוהים יותר. פוטון (TTA-UC) הוא את המרה בדרך של השמדת השלישייה שלישיית טכניקה אטרקטיבית לשימוש בפוטוני אנרגיה נמוכים אלה מבוזבזים אחרת לייצר פוטוני, ואילו לא מפריע לביצועי photoanodic באופן מזיק. בהמשך לכך, יש TTA-UC מספר התכונות, להבדיל מטכנולוגיות פוטון דיווחו אחרות עד המרה, אשר הופך אותו מתאים במיוחד לצימוד עם טכנולוגית DSC. בעבודה זו, מערכת TTA-UC גבוהים ביצועים מוכחים, הכוללת sensitizer פורפירין פלדיום ופולט rubrene, בשילוב עם DSC ביצועים גבוהים (ניצול D149 הצבע האורגני) במכשיר משולב. המכשיר מציג תגובה משופרת למשנה bandgap אור על פני טווח הקליטה של תת יחידת TTA-UC וכתוצאה מכך fi הגבוה ביותרתרשים של הכשרון לעד המרה סייעה ביצועי DSC עד כה.
תאים רגישים, צבע שמש (DSCs) כבר הכריזו כמושג מבטיח באוסף אנרגיה סולארית זול 1-3. למרות התלהבות זו, מסחור נרחב טרם להתרחש. מספר הסיבות היה לשים קדימה לזה, עם נושא לחיצה על אחד להיות גבוהה יחסית האנרגיה של תחילת הקליטה, המגביל את יעילות קצירת אור ההשגה של מכשירים אלה 4. למרות שזה יכול להיות להתגבר, הורדת תחילת הקליטה מלווה בדרך כלל על ידי ירידה במתח במעגל פתוח, אשר באופן לא פרופורציונאלי שוחקת את רווחים כלשהם בצפיפות 5 נוכחית, 6.
הפעולה הכללית של DSCs כרוך העברת אלקטרונים מצבע photoexcited למוליכים למחצה (בדרך כלל Tio 2), ואחריו את ההתחדשות של צבע חמצון על ידי מתווך חיזור. שני תהליכים אלה מופיעים לדורשים כוחות משמעותיים נהיגה (פוטנציאלי) על מנת להתקדם עם יעילות גבוהה 7 4.
על מנת להתגבר על הבעיה קצירת האור שהועלתה לעיל, מספר גישות ננקטו. זה כולל את 'הדור השלישי' 8 גישות של מבני טנדם 9, 10 והעלאת תדר פוטון 11-14.
לאחרונה 11 דיווחנו מכשיר משולב מורכב מהאלקטרודה העבודה DSC ודלפק, עם השמדת שלישייה שלישייה מבוססת עד המרה (TTA-UC) מערכת משולבת בלמבנה. אלמנט TTA-UC זה היה מסוגל לקצור אור אדום מועבר דרך השכבה הפעילה וכימי להמיר אותו (כפי שמתואר בפירוט בהמשך) לפוטוני אנרגיה גבוהים יותר אשר יכולים להיקלט על ידי השכבה הפעילה של DSC וליצור פוטוני. ישנן שתי נקודות חשובות לציין על מערכת זו. ראשית, יש TTA-UC יתרונות רבים פוטנציאליים על פני מערכות העלאת תדר פוטון אחרות 11; שנית הוא מדגים ארכיטקטורה אפשרית (הוכחה של עיקרון) להתאגדות של TTA-UC, שהיה חסרים בספרות עד TTA-UC לנקודה ש.
התהליך של TTA-UC 15-24 כרוך העירור של מולקולות "sensitizer ', במקרה זה פורפירינים Pd, על ידי אור עם אנרגיה מתחת לאנרגית תחילת ההתקן. הרגישות לגופייה-נרגשת לעבור מעבר intersystem מהיר למדינת השלישייה הנמוכה ביותר באנרגיה. משם, הם יכולים להעביר אנרגיה ל'פולט לקבל שלישיית קרקע מדינה & #8217; מינים כגון rubrene, כל עוד ההעברה מותרת על ידי אנרגיה חופשית 25. מדינת השלישייה הראשונה של rubrene (T 1) היא גדולה יותר ממחצית האנרגיה של המדינה הראשונה שלה גופייה נרגשת (S 1), אך פחות ממחצית האנרגיה של T 2, כלומר מורכב מפגש של שתי rubrenes שלישייה-נרגשת יכול להשמיד ל לתת מולקולה אחת גופייה נרגשת פולט (ואחרת במצב היסוד) בהסתברות גבוהה למדי. מדינות אחרות, צפוי סטטיסטי, הן ככל הנראה במרץ נגישים לrubrene 26. מולקולת rubrene הנרגש הגופייה אז יכולה לפלוט פוטונים (כמו לכל הקרינה) עם מספיק כדי להלהיב את הצבע על האלקטרודה העבודה של DSC אנרגיה. תהליך זה מוצג ב1 אנימציה.
TTA-UC מציע מספר היתרונות בהשוואה למערכות UC אחרים, כגון: טווח קליטה רחב וטבע מבולבל 27, 28, מה שהופך אותו לאופציה אטרקטיבית עבור coupling עם DSC (כמו גם OPV). TTA-UC הודגם פועל בעוצמות אור נמוכות יחסית ובתנאי תאורה מפוזרים. DSC וOPV שניהם יעיל ביותר במשטר עוצמת האור הנמוך. ריכוז שמש הוא יקר ורק מוצדק ליעילות גבוהה, מכשירי עלות גבוהים. הביצועים גבוהים יחסית של מערכות TTA-UC בתנאי תאורה נמוכים עצימות ניתן לייחסו לתהליך הכרוך chromophores sensitizer עם להקות קליטה חזקות, רחבות בתיאום עם מדינות שלישייה חיים ארוכות אשר מסוגלים לשדר על מנת לבוא במגע עם מיני אינטראקציה . בנוסף, TTA-UC כבר מצא לי יעילות פנימית גבוהה ממחקר הקינטית 26.
למרות TTA-UC פועל בעוצמת אור נמוכה, יש עדיין מערכת יחסים ריבועית בין עוצמת אור האירוע ואור הנפלט (לפחות בעוצמות אור נמוכות). זאת בשל אופי bimolecular של התהליך. לתת דין וחשבוןלזה ותנאים המגוונים הניסיוניים (במיוחד עוצמת אור) שדווחו על ידי קבוצות שונות, דמותו של הכשרון מערכת (FOM) צריכה להיות מועסק למטר שיפור ביצועים המוצע על ידי העלאת תדר. FoM זה הוגדר כΔJ SC / ʘ, בי ΔJ SC הוא העלייה במזרם קצר (בדרך כלל נקבע על ידי שילוב של פוטון התקרית לטעינה יעיל Carrier, IPCE, עם ובלי השפעת העלאת התדר) וʘ הוא סולרי היעיל ריכוז (המבוסס על שטף הפוטונים באזור הרלוונטי, כי הוא קליטה Q-להקה של sensitizer) 2 29.
במסמך זה, פרוטוקול לייצור ואפיון נכון מכשיר DSC-TTA-UC משולב מדווח, תשומת לב מיוחדת לבעיות פוטנציאליות בבדיקת מכשיר. יש לקוות כי זה ישמש כבסיס לעבודה נוספת בתחום זה.
ייצור .1 DSC
1.1. העבודה אלקטרודה הכנה
1.2. דלפק אלקטרודה הכנה
1.3. רפלקטור
1.4. עצרת מכשיר
1.5. מילוי חללים
2 מדידה
2.1. מגעים חשמליים
2.2. התקנת IPCE מדידה
עיבוד .3 נתונים
3.1. לשרבב את כל הנתונים למרווחי 1 ננומטר.
3.2. קביעת IPCE
3.3. מודל התאמה ומספרים של קביעת הצטיינות
דמויות 3A - תגובות שיפור תצוגת D נמדדו בתנאי מדידה שונים, עם האפקטים שנדונו ביתר פירוט בהמשך. משיפורי צפיפות זרם הגלם בם היא צריכה להיות ברורה שאת התוצאות באיור 4 א ו -4 הן מיוחסות להעלאת תדר, עם שיפור השיא הנוכחי ושיפור IPCE התאמה טוב עם ספקטרום הספיגה של sensitizer, נחלש על ידי שידור באמצעות השכבה הפעילה של DSC.
על מנת להימנע מחפצי מדידה שהוצגו על ידי לייזר הטיית קרן המשאבה הותאם כדי להגיע לשכבת UC בזווית גדולה יותר לקורה הבדיקה, מוצגת באופן סכמטי באיור 2. איור 4 א מציג שיפור ללא השפעת הטיית משמעותית, ואילו שני 4C הדמויות ו4D מושפע מהבעיה זו. התוצאה של alignme הנכוןnt על מדידות מוצג באיור 4 א, כאשר פער SC J משקף את רכוש הקליטה של sensitizer שבה יש שיא ספיגה ב675 ננומטר. מלבד אזור הקליטה של sensitizer והאזור השקוף של המכשיר, ההבדל בSC J מוטבע ברעש.
שיפור משמעותי ביחס IPCE של המכשיר המשולב בקצה האדום של ספקטרום הנראה ניתן להבחין באיור 4C. עם זאת, ההכנסה של איור 4C שמראה את ההבדל בין מדידות SC J המיושרות ומיושרות, אינה משקפת את רכוש הרפאים של sensitizer. נראה היישור של משאבה ובדיקה כדי לשפר את ביצועי תא על פני הספקטרום הנראה כולו ומצביע על כך שהשיפור מגיע מהמלכודת מילוי אשר משפר את הביצועים הכוללים של המכשיר, עקב לייזר הטיית 30.
כדי Ver ify החשד, המכשיר המשולב הוחלף על ידי מכשיר דומה פרט לכך שחדר UC נותר ריק (איור 4D). תחת תנאי ניסוי הזהים, שיפור כבר מצא על פני הספקטרום הנראה. זה מאשר את השפעת השיפור הקודמת מגיעה ממקום TTA-UC הטיית הלייזר. במקרה של המכשיר בלי פתרון TTA-UC, מאחר ומרבית הלייזר מפוזר בחזרה להתקן, אפקט הטיית משמעותי עוד יותר.
איור 5 מרחיב את התוצאות שמוצגים באיורי 4 א ו -4 ב. במקרה זה, עוצמת האור של קרן המשאבה הותאמה 6-27 ʘ. ΔJ SC נראה בקנה מידה עם הכיכר של עוצמת אור, כמו לכל ציפייה (חוק הכח יתאים 2.02). ככזה, FoM נתפסים להיות עוצמת אור עצמאית, המצביע על כך במערכת TTA-UC היא מוגבלת על ידי תהליכי bimolecular.
לשמור-together.within-page = "תמיד">: 
אנימציה 1:. פעולה סכמטי של פוטון השמדת השלישייה שלישייה את המרה עם sensitizer PQ4PdNA ופולט rubrene, וכתוצאה מכך התאורה של צבע D149 והזרקת אלקטרונים שלאחר מכן לTio 2 אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 1 תצורת התקן, לפני כניסתה של רכיבים נוזליים. שכבות ממוקמות יחד ונחתמו על ידי יישום של חום כדי לרכך את שכבות האטם."> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2 התקנה למדידת השיפור. המכשיר המשולב מוקרן על ידי אור מונוכרומטי מבולבל מווסת ממקור אור לבן (מנורה המונע על ידי לייזר) עבר monochromator, והתמקד achromatically על המדגם על ידי מראה פרבולית מחוץ לציר. אור הבדיקה מפוצל עם מסנן זכוכית (גוזר קרן) ואור הבדיקה בא לידי ביטוי הוא זוהה על ידי דיודת אור המצורף למד כוח. שכבת TTA-UC של המכשיר המשולב היא נרגשת ברציפות על ידי 670 לייזר גל הרציף ננומטר (משאבה) כדי ליצור שלישיית רקע, כדי לאפשר את אפקט שיפור TTA-UC שמשש עם קרן מונוכרומטי החלש. התפוקה הנוכחית מהמכשיר מוזן דרך מגבר וצפחות נוכחיאדום על ידי נעילה בהגברה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3 נציגי נתונים המראים שיפור היחסי IPCE (col (/ col מזדהה) (מיושרת) והבדל בתגובה (col (מזדהה) -col (מיושר) בממוצע משש מיושרות ושש מדידות מיושרות. () הבדל התגובה מאשר צורת רפאים של שיפור IPCE היא ממשנה bandgap האור שנקטפו על ידי sensitizer של עד-הממיר, כצורת רפאים השיפור תואמת לקליטת Q-הלהקה של sensitizer ומצויד מודל השיפור היחסי (ב) (שתואר קודם לכן ביום 31 ב) על עקומת שיפור IPCE ניסיונית על ידי לאהst-ריבועים הולמים. המודל כולל העברת תא, IPCE התא המקורי (לא משאבה) וחתך קליטת sensitizer המתאים לחקור ומקור משאבה. עקומת שיפור המודל לאחר מכן נעשה שימוש לחישוב נוכחי לקצר נוסף שנוצרו מTTA-UC ובכך FoM. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

.4 שיפור איור IPCE (תחת 27 ʘ) עקבות ל() מכשיר משולב עם מדידת חוסר תיאום נכון (הבלעה מראה את הרווח בתגובה גלם), (ב) על פי דגם עקבות שיפור IPCE ביחס לנתונים ב() עם הבלעה מראה את עקומות תגובה נוכחי גלם של wi המכשירקרן ה משאבה ובדיקה מיושרת ומיושר (C) באותו המכשיר כמו ב() למעט שהמשאבה והבדיקה שמיושרת באותו האתר על האלקטרודה הפעילה, וכתוצאה מכך חפץ מדידה, המתוארים בטקסט (D) מכשיר זהה עם תא UC ריק, שנמדד בהתאם ל( C), נוסף הדגשת בעיית מדידה זו, עם הבלעה מראה את הרווח בתגובה גלם. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5 תלות FoM של המכשיר המשולב בגורם ריכוז שמש. הבלעה מראה את התלות של רווח הנוכחי מחושב (ΔJ SC) מTTA-UC עם שני הצירים עלסקאלה לוגריתמית.
אין מה לחשוף.
מכשיר משולב, כוללים יחידות השמדת תא ושלישיית שלישייה סולרית צבען רגיש עד המרה הופק, ונותן קצירת אור משופר, מסעיף רחב יותר של ספקטרום השמש. תחת רמות קרינה צנועות תגובה משופרת באופן משמעותי לפוטוני אנרגיה נמוכים הודגמה, מניב שיא דמותו של הכשרון עבור תאים סולריים צבען רגיש.
A.N. מכיר בתרומות של הסוכנות האוסטרלית לאנרגיה מתחדשת (ARENA) ומתקן הייצור הלאומי האוסטרלי (ANFF). פרויקט מחקר זה ממומן על ידי המכון הסולארי האוסטרלי (6-F020 ו-A-023), עם תרומות מממשלת ניו סאות' ויילס ואוניברסיטת סידני. היבטים של מחקר זה נתמכו במסגרת תוכנית המימון של מועצת המחקר האוסטרלית (DP110103300). הציוד נרכש בתמיכת מועצת המחקר האוסטרלית (LE0668257).
| (tetrakis(3,5-di-tert-butylphenyl)-6'-amino-7'-nitro-tetrakisquinoxalino[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''''-porphyrinato) palladium(II))) | בבית | בבית Chem. Commun., 4851– 4853 (2007) | |
| 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide | Solaronix | 33150 | אזהרת חומר: מגרה |
| 405 ננומטר מסנן ארוך | Semrock | BLP01-405R-25-670 | |
| ננומטר לייזר | Thorlabs | LDS5 + CPS198-Acetone | |
| Chemsupply | AA008-20L-P | אזהרת חומר: | |
| אצטוניטריל | סיגמא | דליק271004 | אזהרת חומר: |
| אלומינה | דליקהאלפא Aesar | 12733 | |
| אלומינה | ליקו | 810-782 | |
| תא מילוי אחורי | Sistema | 1303 | קליפ אותו עגול, שונה |
| בנזן | Scharlau | BE0033 | אזהרת חומר: |
| כבל BNC | רעילJaycar | RG- 59U | |
| Cerasolzer | MBR | CS186 | |
| גלגל מסוק | Thorlabs | תוכנת בקרת MC1000A | |
| בבית | נכתב במעבדVIEW | ||
| מגבר נוכחי | מחקר סטנדפורד | SR 570 | |
| D149 צבע | 1m | OSO149 | |
| בור שיניים | עדיפות ציוד שיניים | 835.104.008 | |
| חומר ניקוי | Palmolive | מקורי | |
| גלגל יהלום | Frameco | 14220 | |
| מקדחה | Dremmel | 220 | |
| מכשיר רכישה דינמי | NationalInstruments | USB-4431 | אנלוגי לדיגיטלי |
| אתנול | Univar | 214 | אזהרת חומר: |
| כפפות | דליקמערכות | IT | |
| H2PtCl6 | Sigma | 334472 | אזהרת חומר: |
| אטם דבק חם | מאכלSolaronix | Meltronic 1170-25 | Surlyn |
| דבק חם נמס אטם | Solaronix | Meltronix 1170-60 | Surlyn |
| Hotplate | Harry Gestigkeit | PR 5 3T / PZ28-3T | |
| Hotplate | IKA | RCT בסיסי | |
| תוכנת ניתוח תמונה | המכונים הלאומיים לבריאות | תמונה-J | |
| יוד | סיגמא | 326143 | אזהרת חומר: |
| חרט לייזר | מאכללייזר אוניברסלי מערכות | PLS6WM | |
| חנקן נוזלי | אוויר נוזלי | ||
| ליתיום יודיד | Aldrich | 518018 | אזהרת חומר: |
| רעיל Methoxypropionitrile | Sigma | 65290 | אזהרת חומר: מראה דליקה |
| Thorlabs | PF10-03-P01 | ||
| תושבת מראה | Thorlabs | KM100 | |
| מוצרים ספקטרליים מונוכרומטור | CM110 | ||
| מסנני צפיפות ניטרלית | אדמונד אופטיקה תעשייתית | 64-352 | |
| מראה פרבולית | ניופורט | 50329AL, 50338AL | |
| פוטודיודה | ניופורט | 918D-UV-OD3 | |
| מד כוח | ניופורט | 1936-C | |
| Rubrene | Sigma | 551112 | |
| מדפסת מסך חצי אוטומטית | Keywell | KY-500FH | |
| ספריי פירוליזר | גלסקלר | ||
| קלטת | 3M | בלוק מסוף קלטת | קסם |
| Jaycar | HM3194 | ||
| tert-butanol | Sigma | 360538 | אזהרת חומר: דליק |
| TiCl4 | Sigma | 89545 | אזהרת חומר: קורוזיבי |
| אריחי | אריחי | ג'ונסון | |
| חותך אריחים | DTA DTA-310 | ||
| TiO2 משחת | Dyesol | NR18-T-טיטניום | |
| דיאיזופרופוקסיד ביס(אצטילאצטונט) (75% באיזופרופנול) | Aldrich | 325252 | אזהרת חומר: |
| ברזל הלחמה אולטראסוני | דליקMBR | USS-9200 | |
| UV לרפא אפוקסי | Dymax | 425 | אזהרת חומר: |
| מערכת ריפוי UV | מגרהDymax | BlueWave 50 | |
| ספקטרופוטומטר UV גלוי | Varian Cary | 1E | |
| קוביית ואקום | בהתאמה אישית | משאבת ואקוםבהתאמה אישית | |
| משאבת | דיפוזיה מגובה סיבובי | ||
| מגבונים | Kimtech | 34120KC | |
| מנורת Kimwipes Xe | Energetiq | LDLSTM EQ-1500 | מקור אור לבן |