Artykuł metodologiczny

Integracja systemu konwersji w górę anihilacji triplet-triplet w celu zwiększenia wrażliwości barwnika ogniwa słonecznego na światło sub-pasmo wzbronione

DOI:

10.3791/52028

⸱

12 września 2014

 ,  ,  ,  , 
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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Wyprodukowano zintegrowane urządzenie, zawierające barwnikowe ogniwo słoneczne i jednostkę do konwersji w górę anihilacji trypletowo-trypletowej, co pozwoliło na lepsze zbieranie światła z szerszego wycinka spektrum słonecznego. Przy umiarkowanych poziomach napromieniowania wykazano znacznie zwiększoną reakcję na fotony o niskiej energii, co przyniosło rekordową wartość dla ogniw słonecznych wrażliwych na barwnik.

Streszczenie

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

Słaba reakcja barwnikowych ogniw słonecznych (DSC) na światło czerwone i podczerwone jest znaczącą przeszkodą w realizacji wyższych prądów fotologicznych, a tym samym wyższej wydajności. Konwersja fotonów w górę za pomocą anihilacji tryplet-tryplet (TTA-UC) jest atrakcyjną techniką wykorzystania tych niskoenergetycznych fotonów do wytwarzania fotoprądu, nie zakłócając przy tym wydajności fotoanodów w szkodliwy sposób. Co więcej, TTA-UC posiada szereg cech, różniących się od innych zgłoszonych technologii konwersji fotonów w górę, co czyni go szczególnie odpowiednim do sprzężenia z technologią DSC. W tej pracy sprawdzony, wysokowydajny system TTA-UC, składający się z uczulacza palladowo-porfirynowego i emitera rubrenu, został połączony z wysokowydajnym DSC (wykorzystującym organiczny barwnik D149) w zintegrowanym urządzeniu. Urządzenie wykazuje zwiększoną reakcję na światło sub-pasmo wzbronione w zakresie absorpcji podjednostki TTA-UC, co skutkuje najwyższą jak dotąd wartością zasługi dla wydajności DSC wspomaganej konwersją w górę.

Wprowadzenie

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

Barwnikowe ogniwa słoneczne (DSC) zostały ogłoszone obiecującym pomysłem w przystępnym cenowo zbieraniu energii słonecznej1-3. Pomimo tego entuzjazmu, powszechna komercjalizacja jeszcze nie nastąpiła. Wysunięto szereg powodów takiego stanu rzeczy, a jednym z nich jest stosunkowo wysoka energia początku absorpcji, ograniczająca osiągalną wydajność zbierania światła przez te urządzenia4. Chociaż można temu zaradzić, obniżeniu początku absorpcji zwykle towarzyszy spadek napięcia w obwodzie otwartym, co nieproporcjonalnie zmniejsza wszelkie zyski w gęstości prądu5, 6.

Ogólne działanie DSC polega na transferze elektronów z fotowzbudzonego barwnika do półprzewodnika (zazwyczaj TiO2), a następnie regeneracji utlenionego barwnika przez mediator redoks. Wydaje się, że oba te procesy wymagają znacznych sił napędowych (potencjału), aby przebiegać z wysoką wydajnością7. Przy tak znacznych stratach własnych staje się oczywiste, że optymalny początek absorpcji dla tych urządzeń jest dość wysoki w energii. Podobne problemy występują w przypadku fotowoltaiki organicznej (OPV), po raz kolejny ze względu na duże chemiczne siły napędowe wymagane do skutecznej separacji ładunków. W związku z tym przewidywania dotyczące górnych granic sprawności konwersji energii słonecznej na energię elektryczną dla urządzeń z pojedynczym złączem opartych na obu tych technologiach obejmują absorbery o szerokich (efektywnych) przerwach energetycznych4.

Aby przezwyciężyć problem ze zbieraniem światła, który został poruszony powyżej, podjęto kilka podejść. Obejmuje to podejścia "trzeciej generacji"8 oparte na strukturach tandemowych9, 10 i konwersji fotonóww górę 11-14.

Ostatnio11 informowaliśmy o zintegrowanym urządzeniu składającym się z elektrody roboczej DSC i przeciwelektrody, z systemem potrójnej anihilacji opartej na konwersji w górę (TTA-UC) wbudowanym w strukturę. Ten pierwiastek TTA-UC był w stanie zbierać czerwone światło przechodzące przez warstwę aktywną i chemicznie przekształcać je (jak opisano szczegółowo poniżej) w fotony o wyższej energii, które mogły być absorbowane przez aktywną warstwę DSC i generować fotoprąd. Należy zwrócić uwagę na dwie ważne kwestie dotyczące tego systemu. Po pierwsze, TTA-UC ma wiele perspektywicznych zalet w porównaniu z innymi systemami konwersji fotonóww górę 11; po drugie, demonstruje wykonalną architekturę (dowód słuszności zasady) dla włączenia TTA-UC, której do tej pory brakowało w literaturze TTA-UC.

Proces TTA-UC15-24 polega na wzbudzeniu cząsteczek 'sensybilizatora', w tym przypadku porfiryn Pd, przez światło o energii poniżej energii początkowej urządzenia. Uczulacze wzbudzone singletem przechodzą szybkie przejście międzysystemowe do stanu trypletowego o najniższej energii. Stamtąd mogą przekazywać energię do gatunku "emitera" akceptującego tryplety w stanie podstawowym, takiego jak rubren, o ile transfer ten jest dozwolony przez energięswobodną25. Pierwszy stan trypletowy rubrenu (T1) jest większy niż połowa energii pierwszego wzbudzonego stanu singletowego (S1), ale mniej niż połowa energii T2, co oznacza, że kompleks spotkań dwóch rubrenów wzbudzonych trypletem może anihilować, dając jedną cząsteczkę emitera wzbudzonego singletem (a drugą w stanie podstawowym) z dość dużym prawdopodobieństwem. Inne stany, statystycznie przewidywane, są najprawdopodobniej energetycznie niedostępne dlarubrenu 26. Singletowo wzbudzona cząsteczka rubrenu może następnie wyemitować foton (zgodnie z fluorescencją) o energii wystarczającej do wzbudzenia barwnika na elektrodzie roboczej DSC. Ten proces jest pokazany w animacji 1.

TTA-UC oferuje szereg zalet w porównaniu do innych systemów UC, takich jak szeroki zakres absorpcji i niespójny charakter27, 28, co czyni go atrakcyjną opcją do łączenia z DSC (jak również OPV). Wykazano, że TTA-UC działa przy stosunkowo niskim natężeniu światła i w rozproszonych warunkach oświetleniowych. Zarówno DSC, jak i OPV są najbardziej wydajne w reżimie niskiego natężenia światła. Koncentracja energii słonecznej jest droga i uzasadniona tylko w przypadku urządzeń o wysokiej wydajności i wysokich kosztach. Stosunkowo wysoką wydajność systemów TTA-UC w warunkach oświetlenia o niskiej intensywności można przypisać procesowi, w którym wykorzystuje się chromofory uczulające o silnych, szerokich pasmach absorpcji w połączeniu z długożyciowymi stanami trypletowymi, które są zdolne do dyfuzji w celu wejścia w kontakt z oddziałującymi gatunkami. Ponadto w badaniu kinetycznym stwierdzono, że TTA-UC ma wysoką wewnętrzną skuteczność.

Chociaż TTA-UC działa przy niskim natężeniu światła, nadal istnieje kwadratowa zależność między natężeniem światła padającego a emitowanym światłem (przynajmniej przy niskim natężeniu światła). Wynika to z dwucząsteczkowego charakteru procesu. Aby uwzględnić to oraz zróżnicowane warunki eksperymentalne (w szczególności natężenie światła) zgłaszane przez różne grupy, należy zastosować system wartości merytorycznej (FoM) do pomiaru poprawy wydajności oferowanej przez konwersję w górę. Ten FoM został zdefiniowany jako ΔJSC/ʘ, gdzie ΔJSC jest wzrostem prądu zwarciowego (zwykle określanym przez całkowanie padającego fotonu do wydajności nośnika ładunku, IPCE, z efektem konwersji w górę i bez niego), a ʘ jest efektywną koncentracją słoneczną (w oparciu o strumień fotonów w odpowiednim obszarze, to jest absorpcja w paśmie Q przez czynnik uczulający)229.

Tutaj zgłoszono protokół do tworzenia i poprawnego charakteryzowania zintegrowanego urządzenia DSC-TTA-UC, zwracając szczególną uwagę na potencjalne pułapki w testowaniu urządzeń. Oczekuje się, że posłuży to jako podstawa do dalszych prac w tej dziedzinie.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

1. Produkcja DSC

1.1. Przygotowanie elektrody roboczej

  1. Wyczyść jeden cały arkusz szkła powlekanego F:SnO2 (110 mm × 110 mm × 2,3 mm, <8 Ω/□) metodą sonikacji sekwencyjnie w wodzie z mydłem, następnie acetonu i na końcu etanolu (10 min każdy).
  2. Umieść gęstą warstwę TiO2, wykonując poniższe czynności:
    1. Wysuszyć szkło za pomocą sprężonego powietrza i podgrzać szkło do 450 °C na płycie grzejnej (stroną przewodzącą do góry).
    2. Rozcieńczyć diizoproptlenek tytanu bis(acetyloacetonian) (75% wag. w izopropanolu) etanolem w stosunku 1:9.
    3. Rozpyl rozcieńczony roztwór na rozgrzane szkło z odległości ~100 mm, wykonując pięć rozpyleń w poprzek tafli szkła.
    4. Spryskaj jedną rundę na 10 sekund przez 12 rund.
    5. Utrzymuj szklankę w temperaturze 450 °C przez kolejne 5 minut, zanim wyłączysz płytę grzejną. Pozostaw szklankę na płycie grzejnej i pozwól jej powoli ostygnąć do RT.
  3. Umieść szkło na stole drukarki sitowej (ponownie przewodzącą stroną do góry). Wstaw ekran i wyrównaj wzór do szkła. Dodaj pastę TiO2 do ekranu i wydrukuj jedną lub dwie warstwy. W przypadku nakładania dwóch warstw, wyjmij szklaną płytę z drukarki między wydrukami, przykryj i pozostaw do osiadania na ~5 minut, a następnie podgrzej do 125 °C przez 10 minut przed powrotem do drukarki w celu wydrukowania kolejnej warstwy.
  4. Po wykonaniu końcowego wydruku uruchom pełny program spiekania. Podgrzać elektrody do 150 °C przy 12,5°/min, przytrzymać 10 min, następnie do 325 °C przy 11,7 °/min, przytrzymać 5 minut, następnie do 375 °C przy 10 °/min, przytrzymać 5 minut, następnie do 450 °C przy 10,7 °/min, przytrzymać 30 minut i na koniec do 500 °C przy 10 °/min, wytrzymać 15 min. Następnie powoli schłodzić do RT.
  5. Pokrój płytkę główną na pojedyncze elektrody, upewniając się, że wokół zadrukowanej folii jest wystarczająco dużo miejsca na późniejsze nałożenie uszczelki. Usuń wszelkie odłamki szkła za pomocą sprężonego powietrza.
  6. Zanurzyć elektrody w roztworze TiCl4 o stężeniu 20 mM (ar.), luźno przykryć i umieścić pojemnik w nagrzanym piekarniku (70 °C na 30 min). Następnie dokładnie umyć elektrody i ponownie spiekać w temperaturze 500 °C przez 30 minut.
  7. Po schłodzeniu do temperatury poniżej 100 °C zanurzyć elektrody w roztworze barwnika o stężeniu 0,5 mM. W tym przypadku należy użyć D149 w acetonitrylu: tertbutanolu (1:1).
  8. Po barwieniu O/N wyjmij elektrody i energicznie płucz w acetonitrylu przez ~30 sekund, a następnie pozostaw na kolejne 30 sekund. Wyjmij elektrody z kąpieli płuczącej i osusz sprężonym powietrzem.

1.2. Przygotowanie przeciwelektrody

  1. Wytnij kolejny arkusz szkła 2,3 mm F:SnO2 na kawałki o średnicy 18,3 mm × 27,5 mm.
  2. Zanurz przeciwelektrodę w wodzie i wywierć mały otwór w rogu (φ = 1 mm, 2,5 mm od każdego rogu), aby użyć go jako portu do napełniania, za pomocą wiertła dentystycznego z diamentową końcówką zamontowanego w małej wiertarce stołowej.
  3. Oczyścić przeciwelektrodę zgodnie z sekcją 1.1.1
  4. Wysuszyć przeciwelektrodę i umieścić na płytce przewodzącą stroną do góry. Nanieść jedną kroplę roztworu kwasu platynowego (H, 2, PtCl,6, 10 mM w etanolu) i rozprowadzić końcówką pipety. Układamy płytki na rozgrzanej (400 °C) płycie grzejnej na 15 minut. Następnie usuń szkło i płytki i pozostaw do ostygnięcia na ławce.

1.3. Odbłyśnik

  1. Przyciąć kawałek nieprzewodzącego szkła o grubości 2 mm na 18,3 mm × 27,5 mm i wywiercić dwa otwory w sąsiednich rogach wzdłuż dłuższej krawędzi, stosując tę samą technikę, co w przypadku przeciwelektrody (sekcja 1.2.2).
  2. Wyczyść szkło, jednorazowo używając tego samego protokołu, co powyżej (1.1.1)
  3. Przyklej czyste, suche szkło do ławki z trzech stron, używając taśmy o niskiej zawartości pozostałości. Nanieść kroplę pasty Al2O3 (2,0 g 0,3 μm cząstek Al2O3, 2 ml koloidalnego Al2O3 + 1 ml etanolu) i odciągnąć szklaną pałeczką.
  4. Pozostawić folię do wyschnięcia, usunąć taśmę i spiekać szkło w temperaturze 500 °C przez 30 minut.

1.4. Montaż urządzenia

  1. Wytnij dwie partie uszczelek z kleju topliwego.
    UWAGA: Pierwsza, dla DSC, ma grubość 25 μm i wymiary wewnętrzne 17 mm × 8 mm oraz wymiary zewnętrzne 21 mm × 12 mm. Sec, dla komory konwersji w górę, wykorzystuje materiał uszczelki 60 μm podwojony, aby uzyskać grubość 120 μm. Po złożeniu uszczelka ta ma wymiary wewnętrzne 17 mm × 21 mm oraz wymiary zewnętrzne 21 mm × 25 mm.
  2. Umieść pierwszą uszczelkę w rogu elektrody przeciwnej, upewniając się, że port napełniania jest dostępny. Umieść elektrodę roboczą nad tym tak, aby zadrukowany obszar znajdował się całkowicie wewnątrz uszczelki i uzyskaj dobre uszczelnienie.
  3. Przenieś ten zespół na płytę grzejną (120 °C) i dociśnij, aż uszczelka zmięknie i stopi się, co można zaobserwować wizualnie, gdy uszczelka zwilża szklane powierzchnie. Usuń zespół i pozostaw do ostygnięcia.
  4. Umieść drugą uszczelkę na odbłyśniku, ponownie upewniając się, że porty napełniania nie są zakryte. Umieść DSC na górze tak, aby obszar wydruku znajdował się bezpośrednio przed wydrukowanym odbłyśnikiem z tlenku glinu. Ponownie podgrzać urządzenie podczas wywierania nacisku, aż uszczelka zmięknie i przylgnie, jak w rozdziale 1.4.3. Ten zespół jest pokazany na rysunku 1.

1.5. Wypełnianie ubytków

  1. Przygotować roztwór elektrolitu składający się z 0,1 M LiI, 0,6 M jodku 1,2-dimetylo-3-propylimidazolu i 0,05 M jodu w metoksypropionitrylu.
  2. Umieść urządzenie w małym plastikowym pojemniku z dołączoną rurką próżniową, z przeciwelektrodą skierowaną do góry.
  3. Umieść kroplę roztworu elektrolitu na otworze i kawałek szkła na wierzchu. Zastosuj podciśnienie przez kilka sekund, aby usunąć powietrze z wnęki DSC, przed zwolnieniem, które wciągnie elektrolit do wnęki.
  4. Przygotuj uszczelki, laminując materiał uszczelki topliwej na folii aluminiowej. Pozostaw je na płycie grzejnej, materiałem uszczelniającym do góry. Dokładnie wyczyść tylną część przeciwelektrody, a następnie uszczelnij, dociskając urządzenie do materiału uszczelki przez ~5 sekund.
  5. Przygotować roztwór TTA-UC, rozpuszczając 0,6 mM barwnika Pd (tetrakis(3,5-di-tert-butylofenylo)-6'-amino-7'-nitro-tetrakischinoksalino[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-porfirynato) palladu(II)) barwnika Pd i 22 mM rubrenu w benzenie. Dokładnie odpowietrzyć ten roztwór, stosując trzy cykle zamrażania, pompowania i rozmrażania ciekłym azotem.
  6. Wewnątrz komory rękawicowej wprowadź roztwór TTA-UC do tylnej jamy, pozwalając siłom kapilarnym przeciągnąć go przez nią. Po napełnieniu ponownie dokładnie wyczyść powierzchnię i uszczelnij za pomocą innego kawałka aluminiowego materiału uszczelki.

2. Pomiar

2.1. Styki elektryczne

  1. Nałóż lut na odsłonięte F:SnO2 elektrod roboczych i przeciwelektrod za pomocą lutownicy sonicznej i odpowiedniego lutu.
  2. Podłącz przewody do anody i katody za pomocą normalnego lutu.
  3. Nałóż żywicę epoksydową utwardzaną promieniami UV na otwarte krawędzie.
    UWAGA: Ma to na celu służenie jako wtórna hermetyzacja urządzenia przed wnikaniem tlenu i parowaniem rozpuszczalnika, a także zwiększenie wytrzymałości urządzenia, w szczególności mocowania przewodu.
  4. Podłącz przewód anodowy i katodowy do otwartego BNC za pomocą listwy zaciskowej.

2.2. Ustawienia pomiaru IPCE

  1. Korzystając z konfiguracji pokazanej schematycznie na rysunku 2, zamontuj zintegrowane urządzenie na uchwycie ogniwa.
  2. Oświetlić część zintegrowanego urządzenia (~2 mm × 1 mm) wiązką lasera o długości fali ciągłej o długości fali 670 nm ("wiązka pompy") za pomocą lustra na regulowanym uchwycie.
  3. Oświetlić zintegrowany TTA-UC DSC niespójnym quasi-monochromatycznym światłem ("wiązką sondy") generowanym za pomocą lampy Xe, przepuszczonej najpierw przez filtr długoprzepustowy 405 nm, następnie koło tnące pracujące z częstotliwością 29 Hz, monochromator, kątowy szklany suwak (stosowany tutaj jako rozdzielacz wiązki ~4%) i zwierciadło paraboliczne. Wygeneruj populację trypletów tła w warstwie TTA-UC poprzez wzbudzenie warstwy UC wiązką pompy, która pada pod takim kątem, że nie oświetla sondowanej warstwy aktywnej DSC, ale tylko warstwę UC.
  4. Ustaw pompę i belkę sondy na warstwie TTA-UC za pomocą regulowanego mocowania lustra. Zmierz prąd zwarciowy generowany przez sondę, gdy jest ona skanowana w całym widmie widzialnym w krokach co 5 nm za pomocą dynamicznego urządzenia do akwizycji sygnału, wzmacniacza prądu i wewnętrznego oprogramowania sterującego.
  5. Jednocześnie rejestruj zmiany mocy wiązki sondy odbitej od szkiełka za pomocą miernika mocy i fotodiody z wyjściem analogowym podawanym do urządzenia do akwizycji sygnału. Popraw JSC z urządzenia za pomocą zmiany sondy w oprogramowaniu.
  6. Lekko przesuń belkę pompy za pomocą regulowanego mocowania lusterka, tak aby uderzała w aktywną warstwę urządzenia przylegającą do wiązki sondy. Powtórz pomiar z niewspółosiowością pompy i belki sondy.
  7. Zapisz sześć zestawów pomiarów z wyrównaniem i niewspółosiowością w tych samych pozycjach, aby uzyskać lepszy stosunek sygnału do szumu.
  8. Zmniejszyć intensywność wiązki pompy, umieszczając na belce pompy różne filtry o neutralnej gęstości o znanych transmisjach przy 670 nm i powtórzyć kroki od 2.2.4 do 2.2.7 dla różnych intensywności.
  9. Zmierzyć zintegrowane urządzenie JSC bez aktywnego źródła wiązki pompy.
  10. Zmierz moc sondy padającą na DSC pod względem prądu generowanego przez fotodiodę, umieszczając fotodiodę w pozycji próbki.
  11. Zmierzyć transmisję badanego urządzenia z usuniętą komorą UC za pomocą spektrofotometru UV w zakresie widzialnym w celu uzyskania widma transmisyjnego, TDSC.
    UWAGA: Można to zrobić naprzemiennie w krokach 1.4 i 1.5.

2.3. Charakterystyka źródła pompy

  1. Zmierzyć moc wiązki pompy w pozycji DSC dla każdego zastosowanego warunku filtrowania, używając fotodiody i miernika mocy (jak opisano w sekcji 2.2.10).
  2. Zrób zdjęcie belki pompy rzutującej na kawałek papieru w kratkę w pozycji równoważnej z miejscem, w którym znajdowała się warstwa TTA podczas eksperymentu. W razie potrzeby mocno osłabij wiązkę, aby zapobiec nasyceniu detektora kamery. Użyj tego oprogramowania do analizy obrazu i obrazu, aby określić rozmiar plamki pompy.

3. Przetwarzanie danych

3.1. Interpoluj wszystkie dane do przyrostów 1 nm.

3.2. Określenie IPCE

  1. Oblicz strumień fotonów (φ) docierający do zintegrowanego urządzenia z mocy sondy mierzony jako prąd generowany przez fotodiodę (I) i ładunek elektryczny (q):
  2. Obliczyć sprawność fotonu padającego na ogniwo na przeliczony elektron (IPCE0) urządzenia na podstawie pomiaru JSC bez oświetlenia pompy i strumienia sondy.
  3. Weź proporcje między pomiarami, gdy pompa i sonda są wyrównane i niewspółosiowe, aby uzyskać względne ulepszenia wynikające z aktywacji przekształtnika w górę.
  4. Wyznaczanie współczynnika koncentracji promieni słonecznych
  5. Przelicz współczynnik ekstynkcji czynnika uczulającego na przekrój absorpcyjny, σ.
  6. Szybkość wzbudzenia czujnika należy uzyskać w standardowym widmie słonecznym AM1.5G (kφ), pobierając produkty gęstości strumienia fotonów z widma słonecznego, transmitancji DSC i uczulacza (σ) przy każdej długości fali, a następnie sumując produkty w całym paśmie absorpcji uczulacza Q, zwykle od 600 nm do 750 nm.
  7. Oblicz, na podstawie mocy i wielkości plamki źródła pompy, gęstości strumienia fotonów pompy z różnymi filtrami o neutralnej gęstości. Następnie weź produkty gęstości strumienia, transmitancji DSC i uczulacza przy 670 nm, aby uzyskać szybkość wzbudzenia pompy.
  8. Obliczyć współczynnik koncentracji energii słonecznej (ʘ) ze stosunku szybkości wzbudzenia pompy do szybkości wzbudzenia w warunkach AM1.5G.

3.3. Dopasowanie modelu i określenie wartości merytorycznej

  1. Dopasuj model względnego wzmocnienia = 1 + stała × (TDSC/IPCE0) × [(σ pompa× σsonda ) / (σ pompa +sonda σ)], do wyników eksperymentalnego wzmocnienia, gdzieσ pompa i sonda σ są przekrojami poprzecznymi w odniesieniu do długości fal pompy i sondy; σpompa jest ustalona dla każdej intensywności pompy isondy σ zmienia się w zależności od długości fali.
  2. Oszacuj wzmocnienie JSC uzyskane z efektu konwersji w górę (ΔJSC) na podstawie różnic między IPCEUC i IPCE0 oraz gęstości strumienia słonecznego.
  3. Oblicz FoM, normalizując ΔJSC przez kwadrat współczynnika koncentracji słońca, ponieważ TTA-UC ma kwadratową zależność od mocy wejściowej przy niskiej intensywności wzbudzenia.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Rysunki 3A - D wyświetlają odpowiedzi na poprawę mierzone w różnych warunkach pomiaru, z efektami omówionymi bardziej szczegółowo poniżej. Z ulepszeń surowej gęstości prądu powinno być jasne, że wyniki na rysunkach 4A i 4B można przypisać konwersji w górę, przy czym wzmocnienie prądu szczytowego i wzmocnienie IPCE dobrze pasują do widma absorpcyjnego czujnika, tłumionego przez transmisję przez aktywną warstwę DSC.

Aby uniknąć ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Protokół ten zapewnia środki do osiągnięcia ulepszonej konwersji fotonów w górę DSC oraz szczegółowe informacje na temat prawidłowego pomiaru takiego urządzenia. FoM pozwala na proste obliczenie przewidywanej poprawy ΔJSC , której można się spodziewać przy różnym natężeniu światła, w tym przy 1 słońcu. Przedstawione tutaj wartości są niezmienne w zależności od natężenia światła (wstawka z rysunku 4), zgodnie z oczekiwaniami, gdy system znajduje się poniżej progu nasycenia33. Dzięki ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Nie ma nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

A.N. dziękuje za wkład Australijskiej Agencji Energii Odnawialnej (ARENA) i Australian National Fabrication Facility (ANFF). Ten projekt badawczy jest finansowany przez Australijski Instytut Słoneczny (6-F020 i A-023), przy udziale rządu Nowej Południowej Walii i Uniwersytetu w Sydney. Aspekty tych badań były wspierane w ramach programu finansowania Discovery Projects (DP110103300) Australijskiej Rady ds. Badań Naukowych. Sprzęt został zakupiony przy wsparciu Australijskiej Rady ds. Badań Naukowych (LE0668257).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
(tetrakis(3,5-di-tert-butylofenylo)-6'-amino-7'-nitro-tetrakischinoksalino[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-porfirynato) pallad(II))w domuw domuChem. Commun., 4851– 4853 (2007)
Jodek 1,2-dimetylo-3-propylimidazoluSolaronix33150Ostrzeżenie o materiale: Drażniący
filtr długoprzepustowy 405 nmLaser SemrockBLP01-405R-25-670
nmThorlabsLDS5 + CPS198-Aceton
ChemsupplyAA008-20L-POstrzeżenie o materiale: Łatwopalny
acetonitrylSigma271004Ostrzeżenie o materiale: Łatwopalny
tlenek glinuAlfa Aesar12733
Tlenek glinuLeeco810-782
Komora napełniania wstecznegoSistema1303Klip it okrągły, modyfikowany
benzenScharlauBE0033Ostrzeżenie o materiale: Toksyczny
BNCJaycarRG-59U
CerasolzerMBRCS186
Koło tnąceThorlabsMC1000A
Oprogramowanie sterującewe własnym zakresieNapisane w LabVIEW
Wzmacniacz prąduStandford Research SR 570
D149 barwnik1mOSO149
Frez dentystycznyPriorytetowe zaopatrzenie dentystyczne835.104.008
DetergentPalmoliveOryginalna
tarcza diamentowaFrameco14220
WiertarkaDremmel220
Dynamiczne urządzenie do akwizycji dignalNational InstrumentsUSB-4431Analogowo-cyfrowy
etanolUnivar214Ostrzeżenie o materiale: Łatwopalne
systemyw schowku rękawicowym
H2PtCl6Sigma334472Ostrzeżenie o materiale:
Uszczelka kleju topliwegoSolaronixMeltronic 1170-25Surlyn
Klej topliwy uszczelkaSolaronixMeltronix 1170-60Surlyn
Płyta grzejnaHarry GestigkeitPR 5 3T / PZ28-3T
Płyta grzejnaIKARCT podstawowa
Oprogramowanie do analizy obrazuNational Institutes for HealthImage-J
JodSigma326143Ostrzeżenie o materiale:
Grawer laserowyLaser uniwersalny SystemyPLS6WM
Ciekły azotPowietrze Liquide
Jodek lituAldrich518018Ostrzeżenie o materiale: toksyczny
MetoksypropionitrylSigma65290Ostrzeżenie materiałowe: Łatwopalne
lustroThorlabsPF10-03-P01
Mocowanie lustraThorlabsKM100
Produkty spektralne monochromatora CM110
Filtry o neutralnej gęstościEdmund Industrial Optics64-352
Lustro paraboliczneNewport50329AL, 50338AL
FotodiodaNewport918D-UV-OD3
Miernik mocyNewport1936-C
RubreneSigma551112
Półautomatyczna drukarka sitodrukowaKeywellKY-500FH
Pirolizer w sprayuGlaskeller
Tape3MMagic Tape
Listwa zaciskowaJaycarHM3194
tert-butanolSigma360538Ostrzeżenie o materiale: Łatwopalny
TiCl4Sigma89545Ostrzeżenie o materiale:
PłytkiJohnson Przecinarka
płytekDTADTA-310
TiO2 pastaDyesolNR18-T-Tytan
diizopropoksydan bis(acetyloacetonian) (75% w izopropanolu)Aldrich325252Ostrzeżenie o materiale: Łatwopalna
Lutownica ultradźwiękowaMBRUSS-9200
UV utwardzać żywicę epoksydowąDymax425Ostrzeżenie o materiale: Drażniący
system utwardzania UVDymaxBlueWave 50
UV Widzialny spektrofotometrVarian Cary1E
Kuweta próżniowaWykonana na zamówienieWykonana na zamówienie
pompaObrotowa pompa
ChusteczkiKimtech34120KCLampa Kimwipes
XeEnergetiq LDLSTM EQ-1500Źródło światła białego
informatyczne do próżniowa dyfuzyjna z podkładem

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Barwnikowe ogniwa s oneczneodpowied na wiat o poni ej przerwy energetycznejsensybilizator palladow porfirynemiter rubrenemorganiczny barwnik D149uk ad dwukomorowywydajno pr du z padaj cych foton wtechnika wi zki pompuj cejtworzenie kontaktu elektrycznego

Powiązane artykuły