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Engineering

एक triplet-triplet विनाश अप रूपांतरण प्रणाली को एकीकृत उप bandgap लाइट के लिए डाई अवगत सौर सेल प्रतिक्रिया बढ़ाने के लिए

Published: September 12, 2014 doi: 10.3791/52028
Automatic Translation
1, 2, 2, 1, 3
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

Summary

एक डाई अवगत सौर सेल और triplet-triplet विनाश अप रूपांतरण इकाई शामिल एक एकीकृत उपकरण, सौर स्पेक्ट्रम का एक व्यापक अनुभाग से बढ़ाया प्रकाश कटाई affording, उत्पादन किया गया था. मामूली विकिरण के स्तर के तहत कम ऊर्जा फोटॉनों के लिए एक काफी बढ़ाया प्रतिक्रिया डाई अवगत सौर कोशिकाओं के लिए योग्यता का एक रिकॉर्ड आंकड़ा उपज का प्रदर्शन किया गया था.

Abstract

लाल और अवरक्त प्रकाश में डाई अवगत सौर कोशिकाओं (DSCs) की खराब प्रतिक्रिया उच्च photocurrents और इसलिए उच्च क्षमता की प्राप्ति के लिए एक महत्वपूर्ण बाधा है. फोटॉन ऊपर रूपांतरण triplet-triplet विनाश के रास्ते से (TTA-यूसी) एक हानिकारक ढंग से photoanodic प्रदर्शन के साथ हस्तक्षेप नहीं करते हुए, photocurrent निर्माण करने के लिए इन अन्यथा व्यर्थ कम ऊर्जा फोटॉनों प्रयोग करने के लिए एक आकर्षक तकनीक है. इसके अलावा इस के लिए, TTA-यूसी DSC प्रौद्योगिकी के साथ युग्मन के लिए यह विशेष रूप से उपयुक्त renders जो अन्य सूचना दी फोटॉन ऊपर रूपांतरण प्रौद्योगिकियों से अलग सुविधाओं के एक नंबर दिया है,. एक पैलेडियम porphyrin sensitizer और rubrene emitter जिसमें यह काम करते हैं, एक सिद्ध उच्च प्रदर्शन TTA-यूसी प्रणाली में, एक एकीकृत डिवाइस में एक उच्च प्रदर्शन डीएससी (कार्बनिक डाई D149 उपयोग) के साथ संयुक्त है. डिवाइस उच्चतम फाई में जिसके परिणामस्वरूप TTA-यूसी उप इकाई के अवशोषण सीमा पर उप bandgap प्रकाश के लिए एक बढ़ाया प्रतिक्रिया से पता चलता हैतारीख करने के लिए डीएससी प्रदर्शन सहायता अप रूपांतरण के लिए योग्यता के gure.

Introduction

डाई अवगत सौर कोशिकाओं (DSCs) सस्ती सौर ऊर्जा संग्रह 1-3 में एक होनहार अवधारणा के रूप में घोषित किया गया है. इस उत्साह के बावजूद, बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण होने के लिये अभी बाकी है. कारणों में से एक नंबर एक जरूरी मुद्दे इन उपकरणों 4 से प्राप्त प्रकाश कटाई दक्षता सीमित अवशोषण शुरुआत की अपेक्षाकृत उच्च ऊर्जा के साथ जा रहा है, इस के लिए आगे डाल दिया गया है. इस पर काबू पाने जा सकता है, अवशोषण शुरुआत को कम आम तौर पर अधिकतर वर्तमान घनत्व 5, 6 में किसी भी लाभ के क्षीण है जो खुले सर्किट वोल्टेज में एक बूंद, के साथ है.

DSCs के सामान्य ऑपरेशन एक redox मध्यस्थ द्वारा ऑक्सीकरण डाई के उत्थान के बाद अर्धचालक (आमतौर पर TiO 2), एक photoexcited डाई से इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण शामिल है. इन दोनों प्रक्रियाओं को उच्च क्षमता 7 के साथ आगे बढ़ने के लिए पर्याप्त ड्राइविंग बलों (संभावित) की आवश्यकता दिखाई देते हैं 4 के साथ अवशोषक शामिल है.

ऊपर उठाया प्रकाश कटाई मुद्दे पर काबू पाने के लिए, दृष्टिकोण के एक नंबर ले लिया गया है. इस 'तीसरी पीढ़ी' मिलकर संरचनाओं 9, 10 और फोटोन अपकंवर्शन 11-14 के 8 दृष्टिकोण शामिल है.

हाल ही में 11 हम प्रणाली में शामिल (TTA-यूसी) ऊपर रूपांतरण आधारित एक triplet-triplet विनाश के साथ एक DSC काम और काउंटर इलेक्ट्रोड से बना एक एकीकृत उपकरण, सूचना दीसंरचना करने के लिए. इस TTA-यूसी तत्व सक्रिय परत के माध्यम से प्रेषित लाल बत्ती फसल और रासायनिक डीएससी की सक्रिय परत द्वारा अवशोषित किया जा सकता है जो उच्च ऊर्जा फोटॉनों (नीचे विस्तार में वर्णित है) इसे बदलने और photocurrent उत्पन्न करने में सक्षम था. इस प्रणाली के बारे में टिप्पणी करने के लिए दो महत्वपूर्ण बातें हैं. सबसे पहले, TTA-यूसी अन्य फोटॉन अपकंवर्शन सिस्टम 11 से अधिक कई संभावित फायदे हैं; दूसरी बात यह है कि बात करने TTA-यूसी साहित्य ऊपर से कमी की गई थी जो TTA-यूसी, के समावेश के लिए एक व्यवहार्य वास्तुकला (सबूत की सिद्धांत) को दर्शाता है.

TTA-यूसी 15-24 की प्रक्रिया डिवाइस शुरुआत ऊर्जा नीचे ऊर्जा के साथ प्रकाश से, इस मामले पी.डी. porphyrins में, 'sensitizer' अणुओं की उत्तेजना शामिल है. स्वेटर उत्साहित sensitizers सबसे कम ऊर्जा triplet राज्य को तेजी से intersystem पार से गुजरना. वहाँ से, वे एक जमीन राज्य triplet स्वीकार 'emitter & # करने के लिए ऊर्जा हस्तांतरण कर सकते हैं8217; ऐसे rubrene रूप प्रजाति है, जब तक स्थानांतरण मुक्त ऊर्जा 25 से अनुमति दी है. rubrene के पहले triplet राज्य (टी 1) दो त्रिक उत्साहित rubrenes की एक मुठभेड़ परिसर को मिटा सकते हैं जिसका अर्थ है कि अपनी पहली उत्साहित स्वेटर राज्य (एस 1) लेकिन टी 2 के आधे से भी कम ऊर्जा की आधी ऊर्जा से अधिक होता है एक काफी उच्च संभावना के साथ एक स्वेटर उत्साहित emitter अणु (और जमीन राज्य में अन्य) दे. अन्य राज्यों, सांख्यिकीय भविष्यवाणी की सबसे अधिक संभावना rubrene 26 के लिए उर्जा की दुर्गम हैं. स्वेटर उत्साहित rubrene अणु तो डीएससी के काम कर इलेक्ट्रोड पर डाई उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा के साथ (प्रतिदीप्ति के अनुसार) एक फोटान उत्सर्जन कर सकते हैं. इस प्रक्रिया एनिमेशन 1 में दिखाया गया है.

TTA-यूसी यह cou के लिए एक आकर्षक विकल्प बना रही है, इस तरह के एक व्यापक अवशोषण रेंज और बेतुका प्रकृति 27, 28 के रूप में अन्य यूसी प्रणाली, की तुलना में लाभ के एक नंबर प्रदान करता है(ओपीवी के रूप में भी) डीएससी साथ pling. TTA-यूसी अपेक्षाकृत कम रोशनी की तीव्रता में और फैलाना प्रकाश व्यवस्था की स्थिति में संचालन का प्रदर्शन किया गया है. डीएससी और ओपीवी दोनों कम प्रकाश की तीव्रता शासन में सबसे अधिक कुशल हैं. सौर एकाग्रता महंगा और उच्च दक्षता, उच्च लागत के उपकरणों के लिए केवल न्यायोचित है. कम तीव्रता प्रकाश व्यवस्था की स्थिति में TTA-यूसी प्रणाली के अपेक्षाकृत उच्च प्रदर्शन बातचीत प्रजातियों के साथ संपर्क में आने के क्रम में diffusing में सक्षम हैं जो लंबे समय रहते triplet राज्यों के साथ मिलकर मजबूत, व्यापक अवशोषण बैंड के साथ sensitizer chromophores शामिल प्रक्रिया के कारण है . इसके अलावा, TTA-यूसी एक काइनेटिक अध्ययन 26 से उच्च आंतरिक क्षमता है पाया गया है.

TTA-यूसी कम प्रकाश की तीव्रता पर चल रही है, कम से कम (कम रोशनी की तीव्रता में) घटना प्रकाश तीव्रता और उत्सर्जित प्रकाश के बीच एक द्विघात संबंध अभी भी वहाँ है. इस प्रक्रिया के bimolecular प्रकृति की वजह से है. खाते मेंइस और विभिन्न समूहों द्वारा रिपोर्ट विभिन्न प्रयोगात्मक शर्तों (विशेष रूप से प्रकाश की तीव्रता) के लिए, योग्यता (FOM) प्रणाली का आंकड़ा मीटर तक अपकंवर्शन द्वारा की पेशकश प्रदर्शन को बढ़ाने नियोजित किया जाना चाहिए. इस FoM ΔJ अनुसूचित जाति और ʘ (आमतौर पर वाहक अपकंवर्शन प्रभाव के साथ और बिना क्षमता, IPCE, प्रभारी को घटना फोटॉन के एकीकरण के द्वारा निर्धारित) शॉर्ट सर्किट वर्तमान में वृद्धि हुई है जहां ΔJ अनुसूचित जाति / ʘ, के रूप में परिभाषित किया गया है प्रभावी सौर है एकाग्रता 2 29 (प्रासंगिक क्षेत्र में फोटोन प्रवाह के आधार पर, कि sensitizer के क्यू बैंड अवशोषण होता है).

इस के साथ साथ, एक एकीकृत DSC-TTA-यूसी डिवाइस के उत्पादन और सही ढंग से निस्र्पक के लिए एक प्रोटोकॉल डिवाइस परीक्षण में संभावित नुकसान के लिए विशेष ध्यान दे, की सूचना दी है. यह इस इस क्षेत्र में आगे काम के लिए एक आधार के रूप में काम करेगा कि आशा की जाती है.

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Protocol

1 DSC निर्माण

1.1. वर्किंग इलेक्ट्रोड तैयारी

  1. एफ की साफ एक पूरी शीट: SNO 2 लेपित ग्लास (2.3 मिमी × 110 मिमी × 110 मिमी, <8 Ω / □) साबुन के पानी में sonication के क्रमिक रूप से, तो एसीटोन और अंत में इथेनॉल (10 मिनट प्रत्येक).
  2. TiO नीचे चरणों का पालन 2 के एक घने परत जमा:
    1. हॉटप्लेट (प्रवाहकीय ऊपर की ओर) पर 450 डिग्री सेल्सियस के लिए संपीड़ित हवा और गर्मी कांच का उपयोग कर शुष्क गिलास.
    2. 9 अनुपात: एक 1 में इथेनॉल के साथ पतला टाइटेनियम diisopropoxide भारतीय मानक ब्यूरो (acetylacetonate) (isopropanol में 75% wt).
    3. ग्लास शीट भर में पांच स्प्रे के साथ, ~ 100 मिमी की दूरी से गरम कांच पर पतला समाधान स्प्रे.
    4. 12 राउंड के लिए 10 सेकंड के प्रति एक दौर स्प्रे.
    5. हॉटप्लेट बंद करने से पहले, एक और 5 मिनट के लिए 450 डिग्री सेल्सियस पर कांच रखें. Hotplate पर कांच छोड़ दो और यह धीरे धीरे आरटी को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं.
  3. पर कांच रखेंस्क्रीन प्रिंटर मेज (एक बार फिर से प्रवाहकीय ऊपर की ओर). स्क्रीन डालें और ग्लास पैटर्न संरेखित. स्क्रीन के लिए 2 Tio पेस्ट जोड़ें और एक या दो परतों मुद्रित. दो परतों जमा करने हैं,, प्रिंट के बीच प्रिंटर से गिलास प्लेट हटाने को कवर किया और बाद में एक परत मुद्रित करने के लिए प्रिंटर के लिए लौटने से पहले 10 मिनट के लिए 125 डिग्री सेल्सियस के लिए तो, ~ 5 मिनट के लिए गर्मी व्यवस्थित करने के लिए अनुमति देते हैं.
  4. अंतिम प्रिंट एक बार चलने के एक पूर्ण सिंटर कार्यक्रम बनाया है. 450 तो, पकड़, 10 ° / मिनट पर पकड़, 11.7 डिग्री / मिनट पर पकड़, 12.5 डिग्री / मिनट पर 5 मिनट के लिए 375 डिग्री सेल्सियस के लिए फिर 5 मिनट, 325 डिग्री सेल्सियस के लिए फिर 10 मिनट, 150 डिग्री सेल्सियस के लिए इलेक्ट्रोड गर्मी डिग्री सेल्सियस 10.7 डिग्री / मिनट, 30 मिनट और 10 ° / मिनट पर अंत में करने के लिए 500 डिग्री सेल्सियस पकड़, 15 मिनट पकड़. इसके बाद आर टी करने के लिए धीरे शांत.
  5. गैसकेट के बाद लागू करने के लिए मुद्रित फिल्म के आसपास पर्याप्त जगह नहीं है यह सुनिश्चित करने के व्यक्तिगत इलेक्ट्रोड में मास्टर प्लेट कट. संपीड़ित हवा का उपयोग किसी भी कांच के टुकड़े निकालें.
  6. एक 20 मिमी TiCl 4 में इलेक्ट्रोड विसर्जित
  7. एक बार एक 0.5 मिमी डाई समाधान में इलेक्ट्रोड को विसर्जित, नीचे 100 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा. Tertbutanol: इस मामले उपयोग acetonitrile में, D149 में (1: 1).
  8. हे रंगाई के बाद / एन इलेक्ट्रोड हटाने और ~ 30 सेकंड फिर एक और 30 सेकंड के लिए बैठने की अनुमति के लिए acetonitrile में सख्ती कुल्ला. Rinsing स्नान से इलेक्ट्रोड वापस लेने और संपीड़ित हवा के साथ सूखी.

1.2. काउंटर इलेक्ट्रोड तैयारी

  1. 2.3 मिमी एफ की एक और चादर कट: SNO 2 गिलास 18.3 मिमी में 27.5 मिमी टुकड़े ×.
  2. पानी में काउंटर इलेक्ट्रोड को विसर्जित कर दिया और कोने में एक छोटा सा छेद ड्रिल (φ = 1 मिमी, प्रत्येक कोने से 2.5 मिमी) एक छोटे बेंच ड्रिल में घुड़सवार एक हीरे की इत्तला दे दी दंत गड़गड़ाहट का उपयोग कर, एक भरने के बंदरगाह के रूप में उपयोग करने के लिए.
  3. खंड 1.1 के अनुसार स्वच्छ काउंटर इलेक्ट्रोड.1
  4. प्रवाहकीय पक्ष के साथ एक टाइल पर सूखी काउंटर इलेक्ट्रोड और जगह. Platinic एसिड समाधान (एच 2 PTCL 6, इथेनॉल में 10 मिमी) की एक बूंद लागू करें और एक विंदुक के अंत के साथ फैल गया. 15 मिनट के लिए छोड़ देते हैं (400 डिग्री सेल्सियस) hotplate पर जगह टाइल. इस के बाद, कांच और टाइल हटाने और एक बेंच पर शांत करने के लिए अनुमति देते हैं.

1.3. परावर्तक

  1. काउंटर इलेक्ट्रोड (धारा 1.2.2) के लिए के रूप में उसी तकनीक का उपयोग कर, 27.5 मिमी × 18.3 मिमी nonconductive 2 मिमी कांच का एक टुकड़ा काट और लंबी बढ़त के साथ आसन्न कोनों में दो छेद ड्रिल.
  2. एक बार ऊपर के रूप में एक ही प्रोटोकॉल का उपयोग स्वच्छ कांच, (1.1.1)
  3. कम अवशेषों टेप का उपयोग, तीन तरफ से बेंच को साफ, सूखे कांच टेप. अल 2 3 हे पेस्ट की एक बूंद (2 हे अल 3 + 1 मिलीलीटर इथेनॉल कोलाइडयन 0.3 माइक्रोन 2 हे अल 3 कणों, 2 मिलीलीटर की 2.0 ग्राम) लागू करें और एक गिलास छड़ी के साथ नीचे खींचना.
  4. फिल्म, सूखी टेप और एसआई हटाने की अनुमति30 मिनट के लिए 500 डिग्री सेल्सियस पर nter गिलास.

1.4. विधानसभा डिवाइस

  1. गर्म चिपकने गास्केट के दो बैचों काटें.
    नोट: प्रथम, डीएससी के लिए, 25 माइक्रोन मोटी है और 17 मिमी × 8 मिमी की आंतरिक आयाम और 21 मिमी × 12 मिमी की बाहरी आयाम है. सेकंड, अपकंवर्शन चैम्बर के लिए, 120 माइक्रोन मोटाई देने के लिए अधिक दोगुनी 60 माइक्रोन गैसकेट सामग्री का उपयोग करता है. जब जोड़, इस गैसकेट 17 मिमी × 21 मिमी के आंतरिक आयाम और 25 मिमी × 21 मिमी की बाहरी आयाम है.
  2. भरने बंदरगाह सुनिश्चित करने सुलभ है, काउंटर इलेक्ट्रोड के कोने में पहली गैसकेट रखें. मुद्रित क्षेत्र गैसकेट के अंदर पूरी तरह से है, जैसे कि इस पर काम कर इलेक्ट्रोड रखें, और एक अच्छा मुहर प्राप्त करते हैं.
  3. एक hotplate (120 डिग्री सेल्सियस) के लिए इस विधानसभा ले जाएँ और गैसकेट wets गिलास सतहों के रूप में नेत्रहीन देखा जा सकता है जो गैसकेट softens और पिघला देता है, जब तक दबाव लागू होते हैं. विधानसभा निकालें और शांत करने के लिए अनुमति देते हैं.
  4. जगहपरावर्तक पर दूसरा गैसकेट, एक बार फिर से यह सुनिश्चित करने को भरने के बंदरगाहों में शामिल नहीं हैं. मुद्रित क्षेत्र मुद्रित एल्यूमिना परावर्तक के सामने सीधे है कि इस तरह के शीर्ष पर डीएससी रखें. दबाव लागू करते हुए गैसकेट खंड 1.4.3 के रूप में, softens और पालन करता है जब तक एक बार फिर से, युक्ति गर्मी. इस विधानसभा चित्र 1 में दिखाया गया है.

1.5. Cavities भरना

  1. 0.1 एम LII, 0.6 मीटर 1,2-डाइमिथाइल-3-propylimidazolium आयोडाइड और methoxypropionitrile में 0.05 एम आयोडीन की एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान तैयार है.
  2. काउंटर इलेक्ट्रोड ऊपर की ओर का सामना करना पड़ के साथ संलग्न वैक्यूम ट्यूब के साथ एक छोटे से प्लास्टिक कंटेनर में डिवाइस रखें.
  3. छेद पर इलेक्ट्रोलाइट समाधान और शीर्ष पर कांच के टुकड़े की एक बूंद रखो. गुहा में इलेक्ट्रोलाइट आकर्षित करेगा, जो जारी करने से पहले, डीएससी गुहा से हवा निकालने के लिए कुछ सेकंड के लिए वैक्यूम लागू करें.
  4. एल्यूमीनियम पन्नी पर गर्म पिघल गैसकेट सामग्री laminating द्वारा जवानों तैयार करें. एक hotplate, Gask पर इन छोड़ दोएट सामग्री तरफ ऊपर. ~ 5 सेकंड के लिए गैसकेट सामग्री के खिलाफ डिवाइस का उपयोग करके सील तो, अच्छी तरह से काउंटर इलेक्ट्रोड के पीछे साफ करें.
  5. पी.डी. डाई की 0.6 मिमी भंग करके TTA-यूसी समाधान तैयार (tetrakis(3,5-di-tert-butylphenyl)-6'-amino-7'-nitro-tetrakisquinoxalino[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-porphyrinato) पैलेडियम (द्वितीय)) और बेंजीन में rubrene के 22 मिमी. अच्छी तरह से तीन तरल नाइट्रोजन में फ्रीज पंप पिघलना चक्र का उपयोग इस समाधान Deaerate.
  6. एक glovebox अंदर, केशिका बलों के माध्यम से यह आकर्षित करने के लिए अनुमति देता है, वापस गुहा में TTA-यूसी समाधान परिचय. पूरा एक बार, एक बार फिर से अच्छी तरह से सतह को साफ और एल्यूमीनियम समर्थित गैसकेट सामग्री का एक टुकड़ा का उपयोग कर सील.

2 मापन

2.1. विद्युत संपर्क

  1. उजागर एफ के लिए मिलाप लागू करें: सोनिक कहिया और उपयुक्त मिलाप का उपयोग कर काम कर रहे हैं और काउंटर इलेक्ट्रोड के SNO 2. सामान्य मिलाप का उपयोग एनोड को तारों और कैथोड संलग्न.
  2. यूवी किनारों को खोलने के लिए इलाज epoxy लागू.
    नोट: यह ऑक्सीजन प्रवेश और विलायक वाष्पीकरण के खिलाफ डिवाइस के एक माध्यमिक encapsulation के रूप में सेवा, साथ ही उपकरण, विशेष रूप से तार लगाव की मजबूती बढ़ाने के लिए किया जाता है.
  3. एक टर्मिनल ब्लॉक के माध्यम से एक ओपन एंडेड bnc केबल को एनोड और कैथोड तार संलग्न.

2.2. IPCE मापन सेटअप

  1. चित्रा 2 में रेखाचित्र दिखाया स्थापना का उपयोग कर, एक सेल धारक पर एकीकृत डिवाइस माउंट.
  2. एक समायोज्य पर्वत पर एक दर्पण के माध्यम से एक 670 एनएम निरंतर तरंग लेजर बीम ('पंप किरण') के साथ एकीकृत डिवाइस (~ 2 मिमी × 1 मिमी) के एक वर्ग रोशन.
  3. ('जांच किरण') बेतुका अर्ध रंग का प्रकाश के साथ एकीकृत TTA-यूसी डीएससी रोशन, एक Xe दीपक का उपयोग कर उत्पन्न एक 405 एनएम longpass फिल्टर के माध्यम से पहले पारित किया है, तो एक Choppeआर 29 हर्ट्ज, एक monochromator, (एक ~ 4% बीम फाड़नेवाला के रूप में यहां इस्तेमाल किया) एक angled गिलास स्लाइड और एक परवलयिक दर्पण पर परिचालन पहिया. घटना यह जांच डीएससी सक्रिय परत लेकिन केवल यूसी परत रोशन नहीं करता कि इस तरह के एक कोण पर जो पंप बीम, साथ रोमांचक यूसी परत द्वारा TTA-यूसी परत में एक पृष्ठभूमि त्रिक जनसंख्या उत्पन्न करता है.
  4. समायोज्य दर्पण माउंट का उपयोग TTA-यूसी परत पर पंप और जांच बीम संरेखित. यह एक गतिशील संकेत अधिग्रहण डिवाइस, वर्तमान एम्पलीफायर और घर में नियंत्रण सॉफ्टवेयर का उपयोग कर 5 एनएम वेतन वृद्धि में दिखाई स्पेक्ट्रम भर में स्कैन के रूप में जांच के द्वारा उत्पन्न शॉर्ट सर्किट वर्तमान उपाय.
  5. इसके साथ ही एक बिजली मीटर और संकेत अधिग्रहण डिवाइस को खिलाया अनुरूप उत्पादन के साथ एक photodiode के साथ कांच स्लाइड से परिलक्षित जांच बीम की शक्ति भिन्नता रिकॉर्ड. सॉफ्टवेयर में जांच भिन्नता से डिवाइस से जम्मू एससी ठीक कर लें.
  6. थोड़ा समायोज्य दर्पण का उपयोग पंप किरण विस्थापित पर्वत, ऐसा है कि यह जांच बीम के निकट डिवाइस के सक्रिय परत पूरी करता है. Misaligned पंप और जांच किरण के साथ माप दोहराएँ.
  7. शोर अनुपात करने के लिए बेहतर संकेत के लिए एक ही स्थान पर संरेखण और misalignment के साथ माप के छह सेट रिकार्ड.
  8. 670 एनएम पर ज्ञात प्रसारण के साथ पंप बीम पर विभिन्न तटस्थ घनत्व फिल्टर रखकर पंप बीम तीव्रता को कम, और तीव्रता की एक श्रृंखला के लिए 2.2.7 करने के लिए कदम 2.2.4 दोहराएँ.
  9. सक्रिय पंप बीम स्रोत के बिना एकीकृत डिवाइस जम्मू अनुसूचित जाति उपाय.
  10. नमूना स्थिति पर photodiode रखकर photodiode द्वारा उत्पन्न वर्तमान के संदर्भ में डीएससी पर जांच शक्ति घटना उपाय.
  11. ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रम, टी डी एस सी प्राप्त करने के लिए एक यूवी दृष्टिगोचर स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग कर हटाया यूसी चैम्बर के साथ अध्ययन डिवाइस का संचरण उपाय.
    नोट: यह एकांतर चरणों 1.4 और 1.5 के बीच में किया जा सकता है.
"> 2.3. पम्प स्रोत विशेषता

  1. (के रूप में खंड 2.2.10 में वर्णित) photodiode और बिजली मीटर का उपयोग, प्रयोग प्रत्येक छानने हालत के लिए DSC स्थिति में पंप बीम शक्ति को मापने.
  2. TTA परत प्रयोग के दौरान किया गया था, जहां के बराबर एक स्थिति में ग्रिड कागज के एक टुकड़े पर पेश पंप बीम की एक तस्वीर ले लो. कैमरा डिटेक्टर की संतृप्ति को रोकने के लिए यदि आवश्यक हो तो भारी बीम attenuate. पंप स्थान आकार निर्धारित करने के लिए इस छवि और छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर का प्रयोग करें.

3 डाटा प्रोसेसिंग

3.1. 1 एनएम वेतन वृद्धि के लिए सभी डेटा बैठाना.

3.2. IPCE निर्धारण

  1. जांच photodiode (आई) द्वारा उत्पन्न वर्तमान के रूप में मापा बिजली और बिजली के आरोप (क्यू) से एकीकृत डिवाइस तक पहुँचने फोटोन प्रवाह (φ) की गणना:
  2. देवी की परिवर्तित इलेक्ट्रॉन दक्षता के लिए सेल घटना फोटॉन (IPCE 0) की गणनापंप रोशनी और जांच प्रवाह के बिना जम्मू अनुसूचित जाति माप से CE.
  3. पंप और जांच गठबंधन और ऊपर कनवर्टर को सक्रिय करने से रिश्तेदार संवर्द्धन प्राप्त करने के लिए misaligned साथ माप के बीच अनुपात लो.
  4. सौर एकाग्रता कारक दृढ़ संकल्प
  5. Σ, अवशोषण पार अनुभाग में sensitizer के विलुप्त होने के गुणांक में कनवर्ट करें.
  6. प्रत्येक तरंग दैर्ध्य में सौर स्पेक्ट्रम से डीएससी की, संप्रेषण और sensitizer (σ) फोटोन प्रवाह घनत्व के उत्पादों लेने और फिर संक्षेप द्वारा मानक AM1.5G सौर स्पेक्ट्रम, (कश्मीर φ) के तहत sensitizer की उत्तेजना दर प्राप्त sensitizer क्यू बैंड अवशोषण भर में उत्पादों, आम तौर पर 600 एनएम एनएम 750.
  7. पंप स्रोत, विभिन्न तटस्थ घनत्व फिल्टर के साथ पंप के फोटोन प्रवाह घनत्व की शक्तियों और स्थान आकार से, गणना. फिर प्रवाह घनत्व के उत्पादों, डीएससी के संप्रेषण और sensitizer पर ले670 एनएम पंप उत्तेजना दर प्राप्त करने के लिए.
  8. AM1.5G परिस्थितियों में उत्तेजना दर को पंप उत्तेजना दर के अनुपात से सौर एकाग्रता कारक (ʘ) की गणना.

3.3. फिटिंग मॉडल और मेरिट निर्धारण के आंकड़े

  1. रिश्तेदार वृद्धि = 1 निरंतर × [(σ σ जांच × पंप) / (σ पंप + σ जांच)] × (टी डी एस सी / IPCE 0) प्रयोगात्मक वृद्धि के परिणाम पर, जहां σ पंप और σ जांच की एक मॉडल फिट पंप और जांच तरंग दैर्ध्य के लिए सम्मान के साथ पार वर्गों रहे हैं; σ पंप प्रत्येक पंप तीव्रता के लिए तय हो गई है और σ जांच तरंगदैर्ध्य के साथ बदलता रहता है.
  2. IPCE यूसी और IPCE 0 और सौर प्रवाह densit के बीच मतभेद से अपकंवर्शन प्रभाव (ΔJ अनुसूचित जाति) से प्राप्त जम्मू अनुसूचित जाति में वृद्धि का अनुमानवाई.
  3. TTA-यूसी कम उत्तेजना तीव्रता पर शक्ति इनपुट पर एक द्विघात निर्भरता है के बाद से, सौर एकाग्रता कारक के वर्ग से ΔJ अनुसूचित जाति सामान्य से FoM की गणना.

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Representative Results

आंकड़े 3 ए - प्रभाव नीचे और अधिक विस्तार से चर्चा के साथ डी डिस्प्ले वृद्धि की प्रतिक्रियाएं, विभिन्न माप परिस्थितियों में मापा जाता है. कच्चे वर्तमान घनत्व वृद्धि से यह चित्रा -4 ए और 4 बी में परिणाम शिखर वर्तमान वृद्धि और की सक्रिय परत के माध्यम से संचरण द्वारा तनु sensitizer के अवशोषण स्पेक्ट्रम, साथ अच्छी तरह से मिलान IPCE वृद्धि के साथ, अपकंवर्शन के कारण कर रहे हैं कि स्पष्ट किया जाना चाहिए डीएससी.

पंप बीम biasing लेजर द्वारा शुरू की माप कलाकृतियों से बचने के लिए चित्रा 2 में रेखाचित्र दिखाया जांच किरण को अधिक से अधिक कोण पर यूसी परत, पर पहुंचने के लिए समायोजित किया गया है. चित्रा -4 ए, महत्वपूर्ण biasing प्रभाव के बिना वृद्धि से पता चलता है दोनों आंकड़े 4C जबकि और 4D इस समस्या से प्रभावित हैं. सही alignme के परिणाममाप पर NT जम्मू अनुसूचित जाति में अंतर 675 एनएम पर एक अवशोषण शिखर है जो sensitizer के अवशोषण संपत्ति को दर्शाता है, जहां चित्रा -4 ए में दिखाया गया है. इसके अलावा sensitizer और डिवाइस के पारदर्शी क्षेत्र के अवशोषण क्षेत्र से, जम्मू अनुसूचित जाति में अंतर शोर में अंतर्निहित है.

दृश्य स्पेक्ट्रम के लाल अंत में एकीकृत डिवाइस का एक महत्वपूर्ण रिश्तेदार IPCE वृद्धि चित्रा 4C में मनाया जा सकता है. हालांकि गठबंधन और misaligned जम्मू अनुसूचित जाति माप के बीच अंतर को दर्शाता है जो चित्रा 4C की डालें, sensitizer के वर्णक्रम संपत्ति को प्रतिबिंबित नहीं करता. पंप और जांच के संरेखण पूरे दृश्य स्पेक्ट्रम भर में सेल के प्रदर्शन को बढ़ाने लगते हैं और वृद्धि की वजह से लेजर 30 biasing के लिए, डिवाइस के समग्र प्रदर्शन को बढ़ाता है जो जाल भरने से आता है कि पता चलता है.

देखें करने के क्रम मेंसंदेह Ify, एकीकृत डिवाइस यूसी कक्ष खाली (चित्रा 4D) छोड़ दिया गया था, सिवाय इसके कि एक अनुरूप डिवाइस के द्वारा बदल दिया गया था. समान प्रयोगात्मक हालत के तहत, वृद्धि दिखाई स्पेक्ट्रम भर में पाया गया है. यह पिछले वृद्धि प्रभाव लेजर biasing बजाय TTA-यूसी के से आता है की पुष्टि करता है. लेजर के बहुमत वापस डिवाइस के लिए बिखरे हुए है के बाद से TTA-यूसी समाधान के बिना डिवाइस के मामले में, biasing प्रभाव और भी अधिक महत्वपूर्ण है.

चित्रा 5 आंकड़े -4 ए और 4 बी में दिखाया गया है परिणामों पर फैलता है. इस मामले में, पंप बीम के प्रकाश की तीव्रता 6 से 27 ʘ को समायोजित किया गया. ΔJ अनुसूचित जाति (बिजली कानून 2.02 फिट) उम्मीद के अनुसार, प्रकाश तीव्रता के वर्ग के साथ पैमाने पर करने में देखा जाता है. जैसे, FoM TTA-यूसी प्रणाली bimolecular प्रक्रियाओं द्वारा सीमित है, सुझाव है कि प्रकाश की तीव्रता स्वतंत्र होने के लिए देखा जाता है.

: रखने together.within पृष्ठ = "हमेशा"> एनिमेशन
एनिमेशन 1:. Triplet-triplet विनाश फोटोन के योजनाबद्ध आपरेशन ऊपर रूपांतरण TiO 2 में D149 डाई और बाद इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन की रोशनी में जिसके परिणामस्वरूप PQ4PdNA sensitizer और rubrene emitter के साथ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 1
चित्रा 1 युक्ति विन्यास, पूर्व तरल घटकों की शुरुआत करने के लिए. परतें एक साथ रखा जाता है और गैसकेट परतों नरम करने के लिए गर्मी के आवेदन द्वारा सील कर रहे हैं."> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 2
चित्रा वृद्धि मापन के लिए 2 सेटअप. एकीकृत डिवाइस एक सफेद प्रकाश स्रोत (लेजर संचालित दीपक) से संग्राहक बेतुका रंग का प्रकाश द्वारा विकिरणित है एक monochromator के माध्यम से पारित कर दिया, और achromatically एक बंद अक्ष परवलयिक दर्पण द्वारा नमूना पर ध्यान केंद्रित किया. एक बिजली मीटर से जुड़ी एक photodiode द्वारा जांच प्रकाश एक ग्लास फिल्टर (बीम slitter) के साथ विभाजित है और परिलक्षित जांच प्रकाश का पता चला है. एकीकृत डिवाइस के TTA-यूसी परत TTA-यूसी वृद्धि प्रभाव कमजोर रंग बीम के साथ जांच किए जाने की अनुमति देने के लिए पृष्ठभूमि तीनो उत्पन्न करने के लिए एक 670 एनएम निरंतर तरंग लेजर (पंप) द्वारा लगातार उत्साहित है. डिवाइस से उत्पादन चालू एक मौजूदा एम्पलीफायर और माप के माध्यम से तंग आ गया हैलाल द्वारा ताला में प्रवर्धन. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 3
प्रतिक्रिया अंतर की पुष्टि करता है (ए) रिश्तेदार IPCE वृद्धि (कर्नल (गठबंधन) / कर्नल (अनमेल) और प्रतिक्रिया का अंतर (कर्नल (गठबंधन) -col (अनमेल) गठबंधन छह और छह misaligned माप से औसत. दिखा चित्रा 3 प्रतिनिधि डेटा वृद्धि वर्णक्रमीय आकार sensitizer और (बी) सज्जित रिश्तेदार वृद्धि मॉडल के क्यू बैंड अवशोषण मैच के रूप में IPCE वृद्धि के वर्णक्रमीय आकार, ऊपर से कनवर्टर की sensitizer से काटा उप bandgap प्रकाश से है (पहले 31 में वर्णित) घास का मैदान से एक प्रयोगात्मक IPCE वृद्धि वक्र परअनुसूचित जनजाति वर्गों फिटिंग. मॉडल सेल संप्रेषण, मूल कोशिका IPCE (कोई पंप) और जांच और पंप स्रोत के लिए इसी sensitizer अवशोषण पार अनुभाग शामिल हैं. मॉडलिंग की वृद्धि वक्र तो इस प्रकार TTA-यूसी और FOM से उत्पन्न अतिरिक्त शॉर्ट सर्किट वर्तमान की गणना के लिए प्रयोग किया जाता है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 4
(27 ʘ तहत) चित्रा 4 IPCE वृद्धि इनसेट दिखाने के साथ डेटा के लिए रिश्तेदार IPCE वृद्धि ट्रेस (ए) में मॉडलिंग की (ए) सही misalignment माप के साथ एक एकीकृत डिवाइस (इनसेट कच्चे जवाब में लाभ दिखा), (ख) के लिए निशान डिवाइस वाई कच्चा वर्तमान प्रतिक्रिया घटतापंप और जांच पाठ (डी) एक में वर्णित, एक माप विरूपण साक्ष्य है, जिसके परिणामस्वरूप सक्रिय इलेक्ट्रोड पर एक ही स्थल पर गठबंधन किया जा रहा है कि को छोड़कर वें पंप और जांच किरण गठबंधन और misaligned (सी) (ए) के रूप में ही डिवाइस आगे कच्चे जवाब में लाभ दिखा इनसेट साथ, इस माप समस्या पर प्रकाश डाला (सी) के अनुसार मापा जाता है एक खाली यूसी कक्ष के साथ समान डिवाइस,. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 5
सौर एकाग्रता कारक पर एकीकृत डिवाइस की चित्रा 5 FoM निर्भरता. इनसेट गणना वर्तमान लाभ पर दोनों कुल्हाड़ियों साथ TTA-यूसी से (ΔJ अनुसूचित जाति) की निर्भरता से पता चलता हैएक लघुगणकीय पैमाने.

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Discussion

इस प्रोटोकॉल ऊपर रूपांतरण बढ़ाया DSC और विस्तार सही ढंग से इस तरह के एक उपकरण को मापने के लिए कैसे पर फोटोन को प्राप्त करने के लिए एक साधन प्रदान करता है. प्रत्याशित ΔJ अनुसूचित जाति सुधार की साधारण गणना 1 सूर्य पर सहित विभिन्न प्रकाश तीव्रता में उम्मीद की जानी लिए FoM की अनुमति देता है. प्रणाली अपने संतृप्ति सीमा 33 से कम है जब यहाँ दिखाया मूल्यों उम्मीद के अनुसार, प्रकाश की तीव्रता (चित्रा 4 के इनसेट) के साथ अपरिवर्तनीय हैं. FoM के साथ, हम आसानी से तुलना की अनुमति देने के TTA-यूसी या अन्य गैर रेखीय यूसी प्रक्रियाओं की वृद्धि प्रभाव मानकीकृत कर सकते हैं.

इस अध्ययन में प्राप्त FoM मूल्यों DSCs के लिए सूचना दी FoMs के बीच सबसे अधिक हैं, वे वाणिज्यिक हित से अभी भी दूर हैं (~ 1 MA ∙ सेमी -2 ʘ -2). इस के अलावा, इस पैमाने के संवर्द्धन को मापने के लिए समस्याग्रस्त किया जा सकता. (विशेष रूप से आंकड़े -3 सी और 3 डी में) इस रिपोर्ट वीं मेंपंप बीम एक (कुछ) अप्रत्याशित समस्या के कारण जहां गलत माप तकनीक का ई खतरों, दिखाए जाते हैं. यह (चित्रा 3 डी में दिखाया गया जैसे) नियंत्रण प्रयोगों किए जाते हैं और कानून के हिसाब से संशोधित महत्वपूर्ण है कि किसी भी अनिश्चितता बनी हुई है, तो यह समस्या हालांकि, DSCs के लिए अद्वितीय हो सकता है.

TTA-यूसी के प्रदर्शन को प्रतिबंधित कि कुछ सीमित कारक हैं. सबसे पहले emitter के त्रिक क्षय की दर है, rubrene (~ 8000 सेकंड -1 34), 1 ʘ रोशनी (6.8 सेकंड -1) के तहत sensitizer की उत्तेजना दर की तुलना में बहुत तेजी से होता है, जो जबकि rubrene की TTA दर तीनो ही ~ 1 × 10 8 एम -1 सेकंड -1, आम कार्बनिक विलायकों 35 में rubrene की प्रसार सीमा से नीचे परिमाण के आदेश तीन है. इस का परिणाम त्रिक rubrene के बहुमत TTA प्रदर्शन से पहले जमीन राज्य को नाश होता है.

के लिएsensitizer एकाग्रता बढ़ाने के द्वारा, त्रिक एकाग्रता बढ़ाने के लिए प्रयास कर सकते हैं TTA एक ​​से पहले unimolecular क्षय के दौर से गुजर rubrene तीनो की मात्रा कम हो. दुर्भाग्य से, समाधान में porphyrins उच्च सांद्रता में कुल के लिए करते हैं, और sensitizer-sensitizer TTA जगह ले सकता है. इन मुद्दों पर काबू पाने के एक संभावित हल अकार्बनिक nanoparticle सतहों 36 पर sensitizers देते है. के रूप में (अपेक्षाकृत) स्थिर sensitizer के इस तरह के उच्च सांद्रता कम आत्म शमन के साथ शामिल किया जा सकता है, और कुशल TTA के लिए उपलब्ध तीनो की स्थानीय एकाग्रता में वृद्धि हो सकती है.

(- 700 एनएम 600) porphyrin के क्यू बैंड अवशोषण डीएससी के अवशोषण शुरू होने के साथ ओवरलैप के रूप में इस अध्ययन में इस्तेमाल sensitizer, युग्मित DSC के लिए आदर्श नहीं है. इस प्रकार त्रिक एकाग्रता और इस प्रकार फोटोन प्रवाह पर निर्भर करता दक्षता, जिनमें से TTA-यूसी, के लिए उपलब्ध प्रेषित प्रकाश में नुकसान कर रहे हैं. हम एक अधिक signi उपाय करने की उम्मीदइस अध्ययन में इस्तेमाल एक के समान intersystem पार दक्षता के साथ निकट अवरक्त में गहरी अवशोषण कि एक sensitizer साथ ficant वृद्धि. एक ऐसी प्रणाली की विशेषता है जब यदि और FOM, तुलना का एक सुविधाजनक मीट्रिक प्रदान करता है.

यहां इस्तेमाल डाई, D149, ऐसे N719 या 'काला डाई "के रूप में DSC के लिए उपलब्ध सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन कार्बनिक रंजक, लेकिन दूसरों के बीच में है और आगे लाल स्थानांतरित अवशोषण 3 onsets है. तरंग दैर्ध्य में क्यू बैंड absorptions के साथ इन उपकरणों, उचित porphyrins बढ़ाने के लिए TTA-यूसी के लिए आदेश में अधिक से अधिक 900 एनएम बनाया की जरूरत है. दूसरी ओर, आज तक उच्चतम रिपोर्ट डीएससी दक्षता केवल मामूली यहां इस्तेमाल डाई के लिए शुरुआत से परे, एनएम ~ 730 37 के एक अवशोषण शुरुआत है.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
(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)) in house in house Chem. Commun., 4851–4853 (2007)
1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide Solaronix 33150 Material warning: Irritant
405 nm longpass filter Semrock BLP01-405R-25 -
670 nm laser Thorlabs LDS5 + CPS198 -
Acetone Chemsupply AA008-20L-P Material warning: Flammable
Acetonitrile Sigma 271004 Material warning: Flammable
Alumina Alfa Aesar 12733
Alumina Leeco 810-782
Back filling chamber Sistema 1303 Klip it round, modified
Benzene Scharlau BE0033 Material warning: Toxic
BNC cable Jaycar RG- 59U
Cerasolzer MBR CS186
Chopper wheel Thorlabs MC1000A
Control software in house in house Written in LabVIEW
Current Amplifier Standford Research  SR 570
D149 dye 1m OSO149
Dental burr Priority dental supplies 835.104.008
Detergent Palmolive Original
Diamond wheel Frameco 14220
Drill Dremmel 220
Dynamic dignal acquisition device National Instruments USB-4431 Analog to Digital
Ethanol Univar 214 Material warning: Flammable
Glovebox IT systems
H2PtCl6 Sigma 334472 Material warning: corrosive
Hot melt adhesive gasket Solaronix Meltronic 1170-25 Surlyn
Hot melt adhesive gasket Solaronix Meltronix 1170-60 Surlyn
Hotplate Harry Gestigkeit PR 5 3T / PZ28-3T
Hotplate IKA RCT basic
Image analysis software National Institutes for Health Image-J
Iodine Sigma 326143 Material warning: corrosive
Laser engraver Universal Laser Systems PLS6WM
Liquid Nitrogen Air Liquide
Lithium Iodide Aldrich 518018 Material warning: toxic
Methoxypropionitrile Sigma 65290 Material warning: Flammable
Mirror Thorlabs PF10-03-P01
Mirror mount Thorlabs KM100
Monochromator Spectral Products  CM110
Neutral density filters Edmund Industrial Optics 64-352
Parabolic mirror Newport 50329AL, 50338AL
Photodiode Newport 918D-UV-OD3
Power meter Newport 1936-C
Rubrene Sigma 551112
Semi-automatic screen printer Keywell KY-500FH
Spray pyrolyser Glaskeller
Tape 3M Magic Tape
Terminal block Jaycar HM3194
tert-Butanol Sigma 360538 Material warning: Flammable
TiCl4 Sigma 89545 Material warning: corrosive
Tile Johnson tiles
Tile cutter DTA DTA-310
TiO2 paste Dyesol NR18-T -
Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) (75% in isopropanol) Aldrich 325252 Material warning: Flammable
Ultrasonic soldering iron MBR USS-9200
UV cure epoxy Dymax 425 Material warning: Irritant
UV cure system Dymax BlueWave 50
UV Visible Spectrophotometer Varian Cary 1E
Vacuum cuvette Custom made Custom made
Vacuum pump Rotary backed diffusion pump
Wipes Kimtech 34120KC Kimwipes
Xe lamp Energetiq  LDLSTM EQ-1500 White light source

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References

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भौतिकी अंक 91,
एक triplet-triplet विनाश अप रूपांतरण प्रणाली को एकीकृत उप bandgap लाइट के लिए डाई अवगत सौर सेल प्रतिक्रिया बढ़ाने के लिए
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Nattestad, A., Cheng, Y. Y.,… More

Nattestad, A., Cheng, Y. Y., MacQueen, R. W., Wallace, G. G., Schmidt, T. W. Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light. J. Vis. Exp. (91), e52028, doi:10.3791/52028 (2014).

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