Name: サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 26 s
Description: 学ぶ色素増感型太陽電池と三重項-三重項消滅アップコンバージョンを統合したデバイスの作製と特性評価。低エネルギー光子の変換効率を向上させ、太陽エネルギー変換の新たな可能性を示す。

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A.N.は、オーストラリア再生可能エネルギー庁(ARENA)とオーストラリア国立製造施設(ANFF)からの貢献を認めています。この研究プロジェクトは、オーストラリア・ソーラー・インスティテュート(6-F020およびA-023)の資金提供を受け、ニューサウスウェールズ州政府とシドニー大学からの資金提供を受けています。この研究の側面は、オーストラリア研究評議会のディスカバリープロジェクト助成スキーム(DP110103300)の下で支援されました。機器は、オーストラリア研究評議会(LE0668257)の支援を受けて購入しました。

1 DSC製作 1.1。ワーキング電極の準備<ol><li> Fのクリーン1シート全体：せっけん水に超音波処理を順によるSnO 2を被覆したガラス（2.3ミリメートル×110ミリメートル×110ミリメートル、&lt;8Ω/□）、次にアセトン、最後にエタノール（各10分）。 </li><li>以下の手順に従って、TiO 2の緻密層を堆積させる。 <ol><li>ホットプレート（導電性の面を上）に450℃まで圧縮された空気と熱ガラスを用いて乾燥したガラス。 </li><li> 9：1の比でのエタノールで希釈し、チタンジイソプロビス（アセチルアセトナート）（イソプロパノール中75重量％）。 </li><li>ガラスシートを横切る5スプレーで、〜100mmの距離から加熱されたガラス上に、希薄溶液を噴霧する。 </li><li> 12ラウンドのために、10秒ごとに1つのラウンドをスプレーしてください。 </li><li>ホットプレートのスイッチを切る前に、さらに5分間450℃でガラスにしてください。ホットプレート上ガラスのままにして、それがゆっくりと室温まで冷まします。 </li></ol></li><li>上にガラスを置きスクリーン印刷機テーブル（再び導電性の面を上に）。画面を挿入し、ガラスにパターンの位置を合わせます。画面にTiO 2のペーストを追加し、1つまたは2つの層を印刷する。二つの層を堆積させる場合は、次の層を印刷するためにプリンタに戻る前に、10分間125℃の熱、その後、印刷物との間でプリンタのカバーを、ガラス板を外し、約5分間沈降させる。 </li><li>最終的な印刷は、実行フル焼プログラム行われると。 、12.5°/分で150℃に電極を加熱する11.7°/分で325℃まで、その後、10分間保持、10℃/分で、その後375℃まで、5分間保持、その後450に、5分間保持℃の10.7°/分で、30分及び10℃/分で、最終的に500℃を保持し、15分間保持。ゆっくりとした後、室温まで冷却。 </li><li>後に適用されるガスケット用印刷フィルムの周囲に十分な余裕があるの確保個別電極にマスタープレートをカット。圧縮空気を使用して、任意のガラスの破片を除去します。 </li><li> 20mMのTiCl 4を 、電極を浸し</サブ&gt;溶液（水溶液）、ゆるくカバーし、予熱したオーブン（30分間70℃）内の場所のコンテナ。 Subsquently、30分間500℃でもう一度徹底的に焼結電極を洗う。 </li><li>一度0.5mMの色素溶液中に電極を浸漬、100℃以下に冷却した。 tertブタノール：この場合、使用アセトニトリル中、D149（1：1）。 </li><li>電極を削除して、〜30秒間アセトニトリル中で激しくすすぐN / Oで染色した後、その後さらに30秒間放置することができます。リンス槽から電極を撤回し、圧縮空気で乾燥させます。 </li></ol> 1.2。カウンター電極の準備<ol><li> 27.5ミリメートル個×18.3ミリメートルにSnO 2のガラス：2.3ミリメートルFの別のシートをカット。 </li><li>水に対電極を浸し、隅に小さな穴をドリル（φ= 1ミリメートル、それぞれのコーナーから2.5ミリメートル）小さなベンチドリルに取り付けられたダイヤモンド先端歯科用バーを使用して、注入口として使用する。 </li><li>セクション1.1に従ってクリーン対極.1 </li><li>導電性の面を上にしてタイル上ドライ対極と場所。白金酸溶液（H 2のPtCl 6、エタノール中10 mM）の一滴を適用し、ピペットの端に広がる。 15分間予熱した（400℃）のホットプレートの上に置きタイル。この後、ガラスやタイルを削除して、ベンチに冷却させる。 </li></ol> 1.3。反射器<ol><li> 27.5ミリメートル×18.3ミリメートルに非導電性の2mmのガラス片をカットし、対向電極（セクション1.2.2）と同じ手法を用いて、長辺に沿って、隣接するコーナーに二つの穴を開けます。 </li><li>一度上記と同じプロトコルを使用して清浄なガラス、（1.1.1） </li><li>低残テープを使用して、三方をベンチに清潔で乾燥したガラステープで固定します。 の Al 2 O 3ペーストとガラス棒でドローダウン（0.3ミクロンの Al 2 O 3粒子を2mlのコロイド状の Al 2 O 3 + 1 mlのエタノールを2.0g）の低下を適用する。 </li><li>フィルムが乾燥することができ、テープを除去し、Siを30分間500℃でNTERガラス。 </li></ol> 1.4。デバイス組立<ol><li>ホットメルト接着剤のガスケットの二つのバッチをカット。 注：最初は、DSCのために、厚さ25μmであり、17ミリメートル×8ミリメートルと12ミリメートル×21ミリメートルの外寸の内部寸法を有する。秒、アップコンバージョン室のために、120μmの厚さを与えることで倍増さ60μmのガスケット材料を使用しています。折り畳まれたとき、このガスケットは、21ミリメートルと21ミリメートル×25ミリメートル外形寸法×17ミリメートルの内部寸法を有する。 </li><li>充填口がアクセス可能である保証し、対向電極の隅にある最初のガスケットを配置します。印刷領域が完全にガスケットの内側になるように、この上の作用電極を配置し、良好なシールを得る。 </li><li>ホットプレート（120℃）にこのアセンブリを移動し、ガスケットを濡らすガラス表面などの視覚的に観察することができるガスケット軟化し溶融するまで、圧力をかける。アセンブリを取り外し、冷却させる。 </li><li>場所再び充填ポートを確実に反射板上に第2のガスケットは、カバーされていません。印刷領域は、印刷されたアルミナ反射器の正面にあるような上に、DSCを置きます。圧力をかけながらガスケットがセクション1.4.3のように、軟化し、付着するまでもう一度、デバイスを加熱する。このアセンブリは、 図1に示されている。 </li></ol> 1.5。空洞を充填<ol><li> 0.1MのLiIを、0.6Mの1,2 - ジメチル-3 - プロピルイミダゾリウムアイオダイド及びメトキシプロ中0.05Mヨウ素の電解質溶液を調製します。 </li><li>対向電極は上向きにして、取り付けられた真空管の小さなプラスチック容器にデバイスを配置します。 </li><li>上部の穴とガラス片の上の電解質溶液の液滴を入れてください。キャビティ内に電解質を引くであろう、リリースする前に、DSC空洞から空気を抽出するために、数秒間に真空を適用します。 </li><li>アルミ箔上に、ホットメルトガスケット材料を積層してシールを準備します。 gask、ホットプレート上でこれらのままにしておきますら材側を上に。 〜5秒間のガスケット材料に対してデバイスを押すことによって封印その後、徹底的に対向電極の背面を清掃してください。 </li><li> Pdの色素の0.6mMの溶解することによってTTA-UC溶液を調製する(tetrakis(3,5-di-tert-butylphenyl)-6&#39;-amino-7&#39;-nitro-tetrakisquinoxalino[2,3-b&#39;7,8-b&#39;&#39;12,13-b&#39;&#39;&#39;17,18-b&#39;&#39;&#39;&#39;-porphyrinato)パラジウム（II））及びベンゼンルブレンの22 mMの。徹底的3液体窒素凍結 - ポンプ - 融解サイクルを使用してこのソリューションを脱気。 </li><li>グローブボックスの内部では、毛管力がそれを介して描画することができ、バックキャビティにTTA-UCソリューションをご紹介します。フルたら、もう一度徹底的に表面をきれいにし、アルミ裏打ちガスケット材料の別の部分を使用して密封する。 </li></ol> 2。測定 2.1。電気接点<ol><li>露出したFにはんだを適用します。ソニックはんだごてや適切なはんだを用いて作用電極および対電極のSnO 2を 。 </lI&gt; <li>通常のはんだを用いてアノードとカソードへの配線を接続します。 </li><li>エッジを開くには、UV硬化性エポキシを適用します。 注：これは、酸素の進入及び溶媒蒸発に対してデバイスの二次カプセル化としての役割を果たすだけでなく、デバイス、特にワイヤの取付けの堅牢性を増加させるために行われます。 </li><li>ターミナルブロックを介して、オープンエンドBNCケーブルにアノードとカソードワイヤーを取り付けます。 </li></ol> 2.2。 IPCE測定セットアップ<ol><li> 図2に模式的に示した設定を使用して、セルホルダーに統合されたデバイスをマウントします。 </li><li>調整可能なマウント上のミラーを介して670nmの連続波レーザビーム（ &#39;ポンプ光&#39;）と統合されたデバイス（〜2ミリメートル×1ミリメートル）のセクションを照らす。 </li><li>インコヒーレント準単色光（ &#39;プローブビーム&#39;）で統合されたTTA-UC DSCを照らすchoppeその後、405 nmのロングパスフィルターを通して最初に渡さ、キセノンランプを使用して生成rはホイールは29ヘルツ、モノクロメータ、（〜4％ビームスプリッタとしてここで使用される）傾斜したスライドガラスと放物面鏡で動作する。それだけで探査されたDSCの活性層が、UC層を点灯しないような角度で入射するポンプ光との刺激的なUC層によってTTA-UC層に背景トリプレット集団を生成します。 </li><li>調節可能なミラーマウント使用してTTA-UC層上のポンプとプローブビームの位置を合わせます。それはダイナミック信号取得装置、電流増幅器と社内管​​理ソフトウェアを使用して5nmの増分で、可視スペクトルを横切って走査されるように、プローブによって生成された短絡電流を測定する。 </li><li>同時にパワーメータと信号取得装置に供給アナログ出力とフォトダイオードを用いてガラススライドから反射されたプローブ光のパワー変動を記録する。ソフトウェアにおけるプローブ変動することにより、デバイスからのJ SCを修正してください。 </li><li>わずかに調節可能なミラーを使用してポンプビームを変位させる<html>マウントは、プローブビームに隣接する素子の活性層に当たるようになっている。ずれポンプとプローブビームによる測定を繰り返します。 </li><li>対雑音比がより良好な信号のための同じ位置に位置合わせし、位置ずれによる測定の6セットを記録します。 </li><li> 670nmでの既知の送信とポンプビーム上の異なるNDフィルターを配置することによって、ポンプビーム強度を低減し、強度の範囲のために2.2.7に、手順2.2.4を繰り返します。 </li><li>アクティブなポンプビーム源なし集積デバイスのJ SCを測定します。 </li><li>試料位置でのフォトダイオードを配置することにより、フォトダイオードによって生成される電流の面で、DSC上のプローブ電源事件を測定します。 </li><li>透過スペクトルを得るために、UV可視分光光度計を用いて除去UC室で研究されたデバイス、T DSCの送信を測定する。 注：これは、交互にステップ1.4から1.5の間で行うことができる。 </li></ol>&quot;&gt; 2.3。ポンプのソースキャラ<ol><li> （セクション2.2.10に記載されるように）、フォトダイオードおよびパワーメータを使用して、使用される各フィルタリング条件のDSC位置におけるポンプ光のパワーを測定する。 </li><li> TTA層は実験中にあった場所に相当位置でのグリッド·紙の上に突出したポンプビームの写真を撮る。カメラ検出器の飽和を防止するために、必要に応じて頻繁にビームを減衰させる。ポンプスポットサイズを決定するために、この画像と画像解析ソフトウェアを使用する。 </li></ol> 3。データ処理 3.1。 1 nmの増分へのすべてのデータを補間。 3.2。 IPCE決定<ol><li>フォトダイオード（I）で発生した電流と電荷（Q）として測定プローブパワーから統合された装置に到達光子束（φ）を計算します。 </li><li>デビの変換された電子効率（IPCE 0）に対する細胞入射光子を算出するポンプ照明およびプローブフラックスなしJ SCの測定からCE。 </li><li>アップ·コンバータを活性化相対拡張を得るために、ポンプとプローブ整列し、ずれと測定値の間の比を取る。 </li><li>太陽光濃縮係数の決定</li><li> σ、吸収断面積に増感剤の吸光係数に変換する。 </li><li> 、太陽スペクトルから光量子束密度の製品を服用各波長におけるDSCおよび増感剤（σ）の透過率と、その後加算することにより、標準的なAM1.5G太陽スペクトルの下で増感剤の励起率を入手し、（k個のφ）増感剤Q-バンド吸収横切っ製品、典型的には600nmから750nm。 </li><li>異なるNDフィルターとポンプの光子束密度、ポンプ源のパワーとスポットサイズから、計算します。そして、磁束密度、DSCの透過率と増感剤での積を取る670nmでの励起の励起率を得ることができる。 </li><li> AM1.5G条件下での励起率にポンプ励起率の比から太陽集中係数（ʘ）を計算します。 </li></ol> 3.3。フィッティングモデルとメリットの決定のフィギュア<ol><li>相対強化= 1 +定数×[（σσ プローブ × ポンプ ）/（σ ポンプ +σ プローブ ）]×（T DSC / IPCE 0）実験強調結果の上に、σ ポンプとσプローブのモデルに適合ポンプとプローブ波長に対する断面がある。 σ ポンプは 、各ポンプ強度のために固定されており、σ プローブは、波長に応じて変化する。 </li><li> IPCE UCおよびIPCE 0と太陽フラックスdensitとの違いから、アップコンバージョン効果（ΔJSC）から入手したJ SCの中で強化を見積もるyを。 </li><li> TTA-UCが低い励起強度での電力入力の二次依存性を有するため、太陽光濃縮係数の二乗でΔJSCを正規化することによって性能指数を計算する。 </li></ol>

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開示することは何もありません。

このプロトコルは、アップコンバージョン強化DSCおよび詳細正しくそのようなデバイスを測定する方法の光子を達成するための手段を提供する。予想ΔJのSCの改善の単純な計算が1太陽を含む、異なる光強度で予想されるための性能指標を可能にする。システムが飽和閾値33を下回った場合、ここで表示される値は、期待通りに、光強度（ 図4の挿入図）で不変である。 FoMはで、私たちは簡単に比較できるようにTTA-UCまたは他の非直線UCプロセスの増強効果を標準化することができます。 本研究で得られた性能指標値は、DSC用に報告性能指標の中で最も高いですが、彼 ​​らはまだはるかに商業的関心（〜1ミリアンペア∙cm -2とʘ-2）からである。これに加えて、このスケールの強化は、測定することが問題となる可能性がある。本報告では、第（特に図3C及び3Dで）ポンプビームは（多少）、予期しない問題が発生する場合、不正確な測定...

色素増感太陽電池（DSCは）手頃な価格の太陽エネルギー収集1-3の有望な概念として宣言されています。この熱意にもかかわらず、広範に商業化が発生していない。多くの理由は、1つの喫緊の課題は、これらのデバイス4の達成可能な集光効率を制限する、吸収開始の比較的高いエネルギーであることで、このために提唱されてきた。これを克服することができますが、吸収開始を低下させることが一般的に不釣り合いに電流密度5、6の任意の利益を侵食する開放電圧の低下、を伴う。 のDSCの一般的な動作は、レドックスメディエーターによって酸化された色素の再生に続いて半導体（典型的にはTiO 2）の光励起された色素からの電子移動を伴う。どちらもこれらのプロセスは、高効率7を進めるために、実質的な駆動力（潜在的な）を必要とするように見える</suP&gt;。そのような重要な固有の損失と、それは、これらのデバイスに最適な吸収開始はエネルギーの合理的に高いことが明らかになった。同様の問題が効果的な電荷分離のために必要とされる大きな化学原動力にもう一度により、有機太陽電池（OPV）のために存在する。従って、これらの技術の両方に基づいて、単一接合装置上部太陽光-電気変換効率の限界の予測は広い（有効な）バンドギャップ吸収体4とを含む。 上記隆起した集光性の問題を克服するために、多くのアプローチがとられている。これは「第三世代」8タンデム構造のアプローチ9,10および光子アップコンバージョン11-14が含まれています。 最近、11私たちは、システムに組み込まれた（TTA-UC）アップコンバージョンベースの三重項-三重項消滅したのDSC加工と対向電極で構成される統合されたデバイスを、報告された構造に関する。このTTA-UC素子は、活性層を透過した赤色光を収集し、化学的に（以下に詳細に説明するように）DSCの活性層によって吸収され、光電流を生成することができ、より高いエネルギーの光子に変換することができた。このシステムに関して注意すべき二つの重要なポイントがある。まず、TTA-UCは、他の光子アップコンバージョンシステム11に比べて多くの有望な利点を有している。第二に、それはその時点までTTA-UC文献から欠けていたTTA-UCの取り込みのための実現可能なアーキテクチャ（証明の原理を）示しています。 TTA-UC 15〜24のプロセスは、デバイス発症エネルギー以下のエネルギーを持つ光で、この場合のPdポルフィリンで、「増感剤」の分子の励起を伴う。一重項励起増感剤は、最低エネルギー三重項状態への迅速な項間交差を受ける。そこから、基底状態の三重項受容 &#39;エミッタ＆＃にエネルギーを転送することができ8217;限り転送が自由エネルギー25で許可されているようなルブレンなどの種、。ルブレンの最初の三重項状態（T 1）は、二つの三重項励起rubrenesの遭遇複合体は、に全滅させることができることを意味し、その最初の励起一重項状態（S 1）はT 2の半分以下のエネルギーの半分のエネルギーよりも大きいかなり高い確率で1重項励起発光分子（と基底状態における他）を得た。その他の州、統計的に予測されたが、最も可能性の高いルブレン26精力的にアクセスできません。一重項励起ルブレン分子は、その後、DSCの作用電極に色素を励起するのに十分なエネルギーを有する（蛍光あたりなど）の光子を放出することができる。このプロセスは、 アニメーション1に示されている。 TTA-UCはそれをCOUのための魅力的な選択肢を作り、そのような広い吸収帯とインコヒーレントな性質27、28のような他のUCシステムに比べて多くの利点を提供していますDSC（およびOPV）でサンプリング。 TTA-UCは、比較的低い光強度で及び拡散照明条件下で動作することが実証されている。 DSCおよびOPVの両方が、低光量領域で最も効率的です。太陽濃度は、高価で高効率、高コストのデバイスにのみ正当化される。低強度の照明条件でTTA-UCシステムの比較的高い性能は、相互作用する種と接触させるために拡散することができる長寿命の三重項状態と協調して強力な、広い吸収バンドと増感剤の発色団を含むプロセスに起因する。また、TTA-UCは、動力学的研究26から高い固有の効率を有することが見出されている。 TTA-UCは、低光強度で動作するが、入射光強度（少なくとも低光強度で）放出された光との間の二次関係が依然として存在する。これは、プロセスの二分子性質によるも​​のである。アカウントへ異なるグループによって報告され、この多様な実験条件（特に光強度）のために、性能指数（FoMは）システムは、メーターにアップコンバージョンが提供する性能向上を雇用する必要があります。この性能指数はΔJSCが （通常はアップコンバージョン効果を有するとすることなく、IPCEをキャリア効率を充電するためにインシデント光子の積分によって決定）短絡電流の増加であるとʘが有効ソーラーでΔJ 鳳/ʘ、と定義されている濃度（関連領域での光子束に基づいて、それは、増感剤のQ帯吸収である）2 29。 ここでは、統合されたDSC-TTA-UC装置の製造、正しく特徴付けるためのプロトコルは、デバイステストでの潜在的な落とし穴に特別な注意を払って、報告されている。これは、この分野での今後の作業の基礎として役立つことが期待されている。

<table><tbody><tr><td>(テトラキス(3,5-ジ-tert-ブチルフェニル)-6'-アミノ-7'-ニトロ-テトラキスキノキサリノ[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-ポルフィリナト) パラジウム(II))</td><td>家屋</td><td></td><td>Chem. Commun., 4851&ndash;4853 (2007)</td></tr><tr><td>1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウム ヨウ化</td>物 <td>Solaronix</td><td>33150</td><td>材料警告: 刺激性</td></tr><tr><td>405 nm ロングパス フィルター</td><td>Semrock</td><td>BLP01-405R-25-670</td><td></td></tr> <tr><td>nm レーザー</td><td>Thorlabs</td><td>LDS5 + CPS198</td><td>-</td></tr><tr><td>アセトン</td><td>Chemsupply</td><td>AA008-20L-P</td><td>材料警告: 可燃性</td></tr><tr><td>アセトニトリル</td><td>シグマ</td><td>271004</td><td>材料警告:可燃性</td></tr><tr><td>アルミナ</td><td>アルファエーザー12733</td><td></td><td></td></tr><tr><td>アルミナ</td><td>Leeco</td><td>810-782</td><td></td></tr><tr><td>バック充填</td><td>チャンバーSistema</td><td>1303</td>クリップ<td>それ丸い、変更された</td></tr><tr><td>ベンゼン</td><td>シャーラウ</td><td>BE0033</td><td>材料警告:有毒</td></tr><tr><td>BNCケーブル</td><td>Jaycar</td><td>RG-59U</td><td></td></tr><tr><td>セラソル</td><td>ザーMBR</td><td>CS186</td><td></td></tr><tr><td>チョッパーホイール</td><td>Thorlabs</td><td>MC1000A</td><td></td></tr><tr><td>社内の制御ソフトウェア</td><td></td><td>LabVIEW</td><td></td></tr><tr><td>Current Amplifier</td><td>Standford Researchで作成&nbsp;</td><td>SR 570</td><td></td></tr><tr><td>D149 染料</td><td>1m</td><td>OSO149</td><td></td></tr><tr><td>歯科用バリ</td><td>優先歯科用品</td><td>835.104.008</td><td></td></tr><tr><td>洗剤</td><td>パルモリーブ</td><td>オリジナル</td><td></td></tr><tr><td>ダイヤモンドホイール</td><td>Frameco</td><td>14220</td><td></td></tr><tr><td>ドリル</td><td>ドレンメル</td><td>220</td><td></td></tr><tr><td>ダイナミック ディグナル アクイジション デバイス</td><td>ナショナルインスツルメンツ</td><td>USB-4431</td><td>アナログからデジタル</td></tr><tr><td>へのエタノール</td><td>Univar</td><td>214</td><td>材料警告: 可燃性</td></tr><tr><td>グローブボックス</td><td>IT システム</td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2PtCl6</td><td>Sigma</td><td>334472</td><td>材料警告: 腐食性</td></tr><tr><td>ホットメルト接着剤</td>ガスケット <td>Solaronix</td><td>Meltronic 1170-25</td><td>Surlyn</td></tr><tr><td>ホットメルト接着剤ガスケット</td><td>Solaronix</td><td>Meltronix 1170-60</td><td>Surlyn</td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>Harry Gestigkeit</td><td>PR 5 3T / PZ28-3T</td><td></td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>IKA</td><td>RCT basic</td><td></td></tr><tr><td>画像解析ソフトウェア</td><td>国立衛生研究所</td><td>Image-J</td><td></td></tr><tr><td>ヨウ素</td><td>Sigma</td><td>326143</td><td>材料警告: 腐食性</td></tr><tr><td>レーザー彫刻機</td><td>ユニバーサルレーザーシステム</td><td>PLS6WM</td><td></td></tr><tr><td>液体窒素</td><td>の空気液体</td><td></td><td></td></tr>の<tr><td>ヨウ化リチウム</td><td>Aldrichの</td><td>518018</td><td>物質的な警告:有毒</td></tr><tr><td>なメトキシプロピオニトリル</td><td>シグマ</td><td>65290</td><td>物質的な警告:可燃性</td></tr><tr><td>ミラーThorlabs</td><td></td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr>ミラー<tr><td>台</td>紙<td>Thorlabs</td><td>KM100</td><td></td></tr><tr><td>モノクロメーター</td><td>スペクトル製品&nbsp;</td><td>CM110</td><td></td></tr><tr><td>減光フィルター</td><td>エドモンド・インダストリアル・オプティクス</td><td>64-352</td><td></td></tr><tr><td>パラボラミラー</td><td>ニューポート</td><td>50329AL, 50338AL</td><td></td></tr><tr><td>フォトダイオード</td><td>ニューポート</td><td>918D-UV-OD3</td><td></td></tr><tr><td>パワーメーター</td><td>ニューポート</td><td>1936-C</td><td></td></tr><tr><td>ルブレン</td><td>・シグマ</td><td>551112</td><td></td></tr><tr><td>半自動スクリーン印刷機</td><td>Keywell</td><td>KY-500FH</td><td></td></tr><tr><td>スプレー熱分解器</td><td>グラスケラー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>テープ3M</td><td></td><td>マジックテープ</td><td></td></tr><tr><td>端子台</td><td>Jaycar</td><td>HM3194</td><td></td></tr><tr><td>tert-Butanol</td><td>Sigma</td><td>360538</td><td>材料警告:可燃性</td></tr><tr><td>TiCl4</td><td>Sigma</td><td>89545</td><td>材料警告:腐食性</td></tr><tr><td>タイル</td><td>ジョンソンタイル</td><td></td><td></td></tr>タイル<tr><td></td><td>カッターDTA</td><td>DTA-310</td><td></td></tr><tr><td>TiO2ペースト</td><td>Dyesol</td><td>NR18-T</td><td>-</td></tr><tr><td>チタンジイソプロポキシドビス(アセチルアセトン酸塩)(イソプロパノールで75%)</td><td>Aldrich</td><td>325252</td><td>材料警告:可燃性</td></tr><tr><td>超音波はんだごて</td><td>MBR</td><td>USS-9200</td><td></td></tr><tr><td>UV硬化エポキシ</td><td>ダイマックス</td><td>425</td><td>材料警告:刺激性</td></tr><tr><td>UV硬化システム</td><td>ダイマックス</td><td>ブルーウェーブ50</td><td></td></tr><tr><td>UV可視分光光度計</td><td>バリアン・ケアリー</td><td>1E</td><td></td></tr><tr><td>真空キュベット</td><td>カスタムメイド</td><td>カスタムメイド</td><td></td></tr><tr><td>真空ポンプ</td><td></td><td>ロータリーバック拡散ポンプ</td><td></td></tr><tr><td>ワイプ</td><td>Kimtech</td><td>34120KC</td><td>キムワイプ</td></tr><tr><td>Xeランプ</td><td>Energetiq&nbsp;</td><td>LDLSTM EQ-1500</td><td>白色光源</td></tr></tbody></table>

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

赤と赤外光に色素増感太陽電池（DSC向け）の貧弱な応答は、より高い光電流、したがって、より高い効率の実現に大きな障害である。フォトンアップコンバート三重項 - 三重項消滅（TTA-UC）を経由して、有害な方法でphotoanodic性能に干渉しないが、光電流を生成するために、これらの他の方法で無駄な低エネルギーの光子を使用するための魅力的な手法である。これに加えて、TTA-UCは、DSC技術と結合するために特に適したもの、他の報告された光子のアップコンバージョン技術とは異なる機能の数を持っています。この作業、実績のある高性能TTA-UCシステムでは、パラジウムポルフィリン増感剤及びルブレンエミッタを備える、集積デバイスに（有機色素D149を用いて）高速DSCと組み合わされる。デバイスは、最も高い第その結果TTA-UCサブユニットの吸収領域にわたってサブバンドギャップ光に増強応答を示す現在までのDSC性能アシストアップコンバージョンに対するメリットのグレ。

以下でより詳細に説明効果を、異なる測定条件下で測定さD表示増強応答- 図3A。生の電流密度の強化から、 図4Aおよび図4Bの結果は、活性層を透過することにより減衰し、増感剤の吸収スペクトルとよく一致するピーク電流の増強およびIPCE向上を伴う、アップコンバージョンに起因することは明らかであるDSC。 ポンプビームをバイアスするレーザーによって導入された被測定アーチファクトを回避するために、 図2に概略的に示され、プローブビームに対して大きな角度でUC層に到達するように調整されている。 図4Aは、両方の図4Cのに対し、有意なバイアス効果なし増強を示しているそして4Dは 、この問題の影響を受けている。正しいalignmeの結果測定にJのSCの差は675 nmでの吸収ピークを有する増感剤の吸収特性を...

色素増感太陽電池と三重項 - 三重項消滅アップコンバージョンユニットを組み込んだ集積デバイスは、太陽スペクトルのより広い部分から、強化された集光を得、製造した。控えめな照射レベルの下の低エネルギー光子に有意に増強応答は、色素増感太陽電池の性能指数の記録の図を得、実証された。

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

この手順の全体的な目標は、機能的なアップコンバーティング、脱感作太陽電池を作製し、特性評価することです。これは、最初にダブルチャンバーアセンブリを備えた太陽電池を作成することによって達成されます。2番目のステップは、チャンバーに電解質とアップコンバージョン溶液をそれぞれ充填することです。次に、ポンプ光源を使用して、デバイス入射光子の電流効率の測定を行います。最後のステップは、結果をモデル化し、データを使用してアップコンバージョン効果が本物であることを確認することです。最終的に、この実験では、性能指数を使用して他のアップコンバージョンデバイスとの比較が可能になります。この手法は、以前に報告したデバイスなどの既存の方法と比較した場合の主な利点は、完全に統合されたデバイスを提供することです。この方法は、リキッドアップコンバーターを標準的な太陽光発電デバイスに統合できることを示しています。この方法の化の側面を通じて、ホイールとアーティファクトに基づくアップコンバージョン効果についての洞察を提供できます。これは、特にアップコンバートや強化された写真撮影など、他のシステムにも適用できます。傾斜ポンプビーム技術を開発しました。私たちのモデルシステムが私たちのデータと一致していないことに気付いたとき、最初のステップは、きれいなフッ素をドープした酸化スズコーティングガラスのシート全体を使用して作用電極を準備することです。シートは、シート上に酸化チタンの緻密な層を堆積させるために、110ミリメートル四方、厚さ2.3ミリメートルを測定する必要があります。ドライシートを導電面を上にしてホットプレートに置きます。ガラスが温まる準備ができたら、ガラスを摂氏450度に加熱します。チタン染料、isop prop oxide、bis、アセチルアセテート、エタノールをスプレー容器に入れた1〜9溶液。ガラスが摂氏450度になったら、約100ミリメートルの距離から溶液をスプレーし、その表面に5回のスプレーを行います。これを10秒ごとに繰り返し、合計12ラウンドを行います。グラスを摂氏450度にさらに5分間維持します。次に、ホットプレートでゆっくりと室温まで冷まします。冷却したら、ガラス導電体をスクリーンプリンターテーブルの上に置き、二酸化チタンペーストを使用して示されているパターンの1つの層を印刷します。センタリング後、マスタープレートを個々の電極に切断します。電極は、印刷されたフィルムの周囲に十分なスペースを確保する必要があります。ガスケットの後の版では、20ミリモルの四塩化チタン溶液を準備します。電極を浸し、摂氏70度に予熱したオーブンに入れます。電極を回収して十分に洗浄した後、電極を500°Cで30分間中心に置きます。その後、ゆっくりと冷まします。この場合、ニトリルとトゥールブタノールの1対1の混合物で0.5ミリモルの染料溶液、D 1 49を調製します。電極が摂氏110度未満に冷却されたら、電極を染料溶液に浸し、一晩放置します。少なくとも8時間後、電極を染料から取り外し、アセチルニトリルで十分にすすいでください。圧縮空気で乾燥させる前に、厚さ2.3mmのフッ素ドープ酸化スズコーティングガラスの別のシートを使用して対極を準備します。18.3 mm x 27.5 mm の小片にカットして、それぞれに充填ポートを作成します。穴を開ける前に小さなベンチドリルでダイヤモンドチップの歯科用バリを使用し、各対電極を水に浸します。次に、コーナーに部分的に小さな穴を開けます。ピースを裏返して穴を完成させます。対極を洗浄して乾燥させた後、導電性面を上にしてタイルの上に置きます。プラチン酸溶液を1滴塗布し、ピペットの端で広げます。予熱した400°Cのホットプレートにタイルを15分間置きます。次に、リフレクターに厚さ2mmの非導電性ガラスを使用させます。18.3 mm x 27.5 mm のピースにカットし、ピースの 1 つの長辺に沿って隣接するコーナーに 2 つの穴を開けます。ガラスを洗浄して乾燥させた後、残留物の少ないテープを使用してベンチの3面に貼り付けます。グラスを所定の位置に置き、酸化アルミニウムペーストを一滴塗布します。次に、ガラス棒でペーストを描きます。フィルムが乾いたら、テープをはがし、500°Cで30分間中央に合わせます。デバイスの組み立てを開始するには、ホットメルト接着剤ガスケットを2つのバッチで準備します。1つのバッチは鈍感太陽電池用で、厚さは25マイクロメートルです。もう1つのバッチはアップコンバージョンチャンバー用で、厚さは120マイクロメートルです。太陽電池ガスケットを対極の角に配置した後、充填ポートはアクセス可能なままにする必要があります。次に、印刷領域全体がガスケットの内側にある状態で、作用電極をこの上に置きます。必ず良いシールを入手してください。アセンブリを摂氏120度のホットプレートに移動します。ガスケットが柔らかく溶けるまで圧力をかけます。それが起こったら、ホットプレートからアセンブリを取り外し、冷まします。涼しい。2番目のガスケットをリフレクターに置き、充填ポートが覆われていないことを確認します。次に、減感した太陽電池を上に配置し、その印刷領域を印刷されたIlluminaリフレクターの真正面に置きます。ガスケットが柔らかくて付着するまで圧力をかけながら、ホットプレート上でデバイスを加熱します。次のステップでは、対電極を上にして電解質溶液を準備します。真空管が取り付けられた小さなプラスチック容器にデバイスを置きます。対向電極の穴に電解液を一滴垂らします。次に、ガラスを上に置きます。容器を密封し、数秒間真空剤を塗布します。脱感作された太陽電池キャビティに電解質を引き込むため。アルミホイルにラミネートされたガスケット材料を120°Cのホットプレートに載せたシールを製作します。ガスケットの材質を上にして。対極の裏側を清掃した後、デバイスをガスケット材料に約5秒間完全に押し付けて、シールが作られたシールを作成します。そこでアセンブリをグローブボックスに移動します。バックキャビティにトリプレットトリプレット消滅アップ変換液を導入。いっぱいになったら、表面をきれいにし、グローブボックスの外側で作業するアルミニウム製の裏打ちガスケット材料で密封します。次のステップは、音波はんだごてで電気接点を作成することです。作用対極の露出導電性コーティングに、ガラスでの使用に適したはんだを塗布します。次に、通常のはんだを塗布して、ワイヤーをアノードとカソードに取り付けます。ここでは、アノード線とカソード線の両方がデバイスに取り付けられています。さらにカプセル化するには、デバイスのオープンエッジにUV硬化型エポキシを塗布します。エポキシ樹脂が硬化したら、アノード線とカソード線を端子台を介してオープンエンドのBNCケーブルに取り付けます。これで、デバイスは測定プロトコルの準備が整いました。この回路図には、デバイス効率を測定するための実験装置が示されています。測定には2つの光源が含まれます。1つは670ナノメートルの連続波レーザービームです。このポンプビームは、第2の源は、キセノンランプによって生成されたインコヒーレントな準単色プローブビームである。レーザービームは減光フィルターを通過し、サンプルホルダーに保持されたデバイスに反射されます。ランプ出力は、405ナノメートルのロングパスフィルターと29ヘルツで動作するチョッパーホイールを通過します。次に、モノクロメーターと4%ビームスプリッターを通過します。ビームスプリッターの1つの出力は、プローブビームの電力変動を記録するためにフォトダイオードに送られます。もう1つはデバイスに反射され、デバイスをサンプルホルダーに取り付け、実験用のビームを調整します。このデバイスの表現は、光源がどのように使用されるかを示しています。ポンプビームをデバイスに照らして、アップコンバージョン層のみを照らす角度で入射するようにします。probビームを、脱感作された細胞活性層を通過し、トリプレットトリプレット消滅アップ変換層でポンプと交差するように位置合わせします。ダイナミック信号集録デバイスと電流増幅器を活用します。デバイスからの短絡電流を測定します。写真DDEの出力を使用して、太陽電池電流密度測定を修正します。可視スペクトル全体でprobビームを5ナノメートル刻みでスキャンして測定します。ポンプビームとプローブビームの両方を使用して測定を行った後、ポンプビームソースをオフにし、統合されたデバイスの電流密度を測定します。これが完了したら、実験を再構成して、デバイスに入射するプローブビームパワーを見つけます。これを行うには、デバイスを取り外し、フォトダイオードをサンプル位置に配置して、プローブによって生成される電流を測定します。最初の測定は、減感された細胞のレーザーバイアスを避けるために、プローブビームよりも大きな角度でアップコンバージョン層に到達するようにポンプビームを調整して行われました。このプロットは、入射光子から電流効率への効率の向上を波長の関数として示しており、大きなバイアスなしに効率の向上が行われていることを示しています。挿入図は、生の応答の正規化されたゲインを提供します。電流の差は、675ナノメートルの増感剤の吸収ピークを反映しており、それ以外の場合はノイズで失われます。全体として、データは、現在の効率に対する入射光子のモデルと比較して良好です。他の測定は、ポンプビームとプローブビームを使用して行われ、どちらも脱感作されたセルを通過しました。この場合、インセットの効率が大幅に向上します。増感剤の効果は、675ナノメートルではもはや見られません。ビームの共通経路は、可視スペクトル全体にわたって性能を向上させるようであり、レーザーバイアスの影響をテストするためのレーザーバイアスを示唆しています。3番目の測定セットは、アップ変換チャンバーを空のままにした統合デバイスを使用して行われましたが、それ以外は最初の2つの測定で使用されたものと類似しています。この場合、レーザー光が反射してデバイスに戻るため、バイアス効果がより大きくなることがわかります。これらの手続きに出席する際は、収集するデータに対して批判的であることを忘れないようにすることが重要です。ベンゼンは有害物質であることを忘れないでくださいので、取り扱いには十分な注意を払ってください。このビデオを見れば、完全に統合されたアップコンバージョン支援DSCを構築し、特性評価できるようになるはずです。この手法により、アップコンバータが統合されたDSC間で公平な比較が可能になります。

integrating-triplet-triplet-annihilation-up-conversion-system-to

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

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このプロトコルは、非導電性表面上に薄膜電子回路を製造するための層による無機ナノクリスタル膜の合成及び溶液堆積を記載しています。溶剤安定化インクは、堆積後の配位子交換及び焼結次のスピンおよびスプレーコーティングによりガラス基板上に完全な光起電力素子を製造することができます。...

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

このプロトコルではケージ プロテインキナーゼ A (PKA)、細胞信号伝達 bioeffector ナノ粒子表面に固定化した細胞質に microinjected、アップ コンバートされる紫外線近赤外線 (NIR)...

キナーゼのアップコン バージョンのナノ粒子を介した光活性化によって細胞内シグナル伝達をリモートでトリガーする統合システム

単純な構造化された有機発光ダイオード (Oled)...

真空の作製と解析堆積有機発光ダイオード

脱酸素条件のナノ秒-ミリ秒のタイム スケールの時間分解フォトルミネッ...

時間分解光物性評価のトリプレット収穫有機化合物無酸素環境使用、iCCD カメラ

この研究は、効率を高める薄吸収体カドミウムセレンテルル化物/カドミウムテルル化物の完全な製造プロセスを説明する。このプロセスでは、小規模領域研究デバイスの製造や大規模モジュールの製造など、スケーラブルな近接スペース昇華堆積のための自動インライン真空システムを利用しています。...

短絡電流密度と光発光を高めるクローズスペース昇華堆積超薄型CdSeTe/CdTe太陽電池

このプロトコルは、トリプレット融合アップコンバージョン促進体積3D印刷用の光重合性樹脂におけるその後の使用のためのアップコンバージョンナノカプセルの合成を詳述する。...

トリプレット融合アップコンバージョンナノカプセル合成

学ぶ色素増感型太陽電池と三重項-三重項消滅アップコンバージョンを統合したデバイスの作製と特性評価。低エネルギー光子の変換効率を向上させ、太陽エネルギー変換の新たな可能性を示す。

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

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