Summary
염료 감응 태양 전지 및 삼중 항 - 삼중 항 소멸 상향 변환 부를 통합 집적 장치는, 태양 광 스펙트럼의 더 넓은 부분에서 향상된 광 수확을 수득 제조 하였다. 겸손 조사 수준에서 낮은 에너지 광자에 크게 향상된 응답은 염료 감응 태양 전지의 장점의 기록 숫자를 산출 입증되었다.
Abstract
적색 및 적외선 광에 염료 감응 태양 전지 (DSC에)의 불량 반응은 높은 광전류 따라서 더 높은 효율의 실현에 큰 장애물이다. 광자 업 변환 삼중 - 삼중 항 소멸의 방법으로 (TTA-UC)은 해로운 방식 photoanodic 성능을 방해하지 않으면 서, 광전류를 생성하기 위하여 이들 달리 낭비 낮은 에너지의 광자를 사용하는 매력적인 방법이다. 또한 이에, TTA-UC는 DSC 기술과 결합하기에 특히 적합한 다른 렌더링보고 광자 상향 변환 기술로부터 구별되는 특징의 수를 갖는다. 팔라듐 포르피린 증감 제와 루 브렌이 이미 터를 포함하는 작업 증명 고성능 TTA-UC 시스템에있어서, 집적 장치의 고성능 DSC (유기 색소를 이용하여 D149)와 결합된다. 장치는 높은 Fi를 초래 TTA UC-서브 유닛의 흡수 범위에서 서브 - 밴드 갭 조명에 향상된 응답을 도시최신 DSC 성능을 지원 상향 변환을위한 공로 gure.
Introduction
염료 감응 형 태양 전지 (DSC를)은 저렴한 태양 에너지 수집 1-3 유망 개념으로 선포되었다. 이 열정에도 불구하고, 널리 상용화가 발생할 못하고있다. 여러 가지 이유는 하나의 문제는이 가압 장치 (4)의 달성 가능한 광 적출 효율을 제한 흡수 발병되는 비교적 높은 에너지로,이를 위해 제시되었다. 이 극복 될 수 있지만, 흡수 개시를 낮추는 것은 일반적 불균형 전류 밀도 (5, 6)의 모든 이점을 침식 개방 회로 전압 강하를 수반한다.
DSC에의 일반적인 동작은 산화 환원 매개체에 의해 산화 된 염료의 재생이어서 반도체 (전형적 티오 2), 광 여기에 염료에서 전자 전달을 포함한다. 이 두 과정은 고효율 7 계속하려면 상당한 추진력 (가능성을) 필요로 표시 (4)과 흡수 장치를 포함한다.
상기 발생 된 광을 수확하는 문제를 극복하기 위해서, 방법의 수는 수행되고있다. 이는 '제 3 세대'탠덤 구조 9, 10, 광자 업 컨버전 11-14의 팔 방법을 포함한다.
최근 11 우리는 시스템 통합 (TTA-UC) 업 변환 기반의 삼중 항 - 삼중 소멸와 DSC의 작업 및 카운터 전극으로 구성된 통합 장치를보고구조. 이 TTA-UC 소자 활성층 투과 적색광을 수확하고 화학적 DSC의 능동 층에 의해 흡수 될 수있는 고 에너지 광자 (아래에서 상세히 설명 됨)으로 변환하고 광전류를 생성 할 수 있었다. 이 시스템에 대해 주목해야 할 두 가지 중요한 포인트가 있습니다. 첫째, TTA-UC 다른 광자 상향 변환 시스템 (11)에 비해 많은 잠재 장점이 있습니다; 둘째로는 그 시점에 TTA-UC 문학에서 위로 부족했다 TTA-UC의 통합을위한 실현 가능한 아키텍처 (원리 증명)을 보여줍니다.
TTA-UC 15-24의 프로세스 장치 발병 에너지 이하의 에너지를 가진 광에 의해,이 경우의 Pd 포르피린에서 '증감 제 "분자의 자극을 포함한다. 단일 항-흥분 증감은 가장 낮은 에너지 삼중 상태에 대한 신속한 간 횡단을받을. 그들은 그곳에서부터 접지 상태 트리플렛 수용성 '터 & #에 에너지를 전달할 수8217; 예컨대 루 브렌과 같은 종만큼 전송은 자유 에너지 (25)에 의해 허용되는 바와 같이. 루 브렌의 제 삼중 항 상태 (T 1)이 삼중 항 여기 된 rubrenes의 만남 착체가 몰살 수 있음을 의미 첫 흥분 중항 상태 (S 1) 그러나 T (2)의 절반 이하의 에너지의 절반의 에너지보다 크다 상당히 높은 확률로 일 중항 여기 에미 분자 (및 바닥 상태에서 다른)을 수득 하였다. 다른 주, 통계적 예측은 가능성이 가장 높은 루 브렌 26 정력적으로 액세스 할 수 없습니다. 중항 여기 루 브렌 분자는 DSC의 작동 전극에 염료를 자극하기에 충분한 에너지 (형광 당) 광자를 방출 할 수있다. 이 처리는 애니메이션 1에 도시된다.
TTA-UC 그것을 COU위한 매력적인 옵션을 만들고, 이러한 넓은 범위의 흡수 및 간섭 특성 (27), UC (28)와 같은 다른 시스템에 비해 많은 장점을 제공한다(OPV뿐만 아니라)와 DSC 링. TTA-UC는 상대적으로 낮은 조명 강도에 및 확산 조명 조건에서 작동하는 입증되었다. DSC 및 OPV 모두 낮은 조명 강도 정권에서 가장 효율적입니다. 솔라 농도는 비싸고 높은 효율, 고비용 장치에만 정당하다. 저 강도 조명 조건 TTA-UC 시스템을 비교적 높은 성능이 작용 종과 접촉하기 위해 확산 할 수있는 수명이 긴 삼중 항 상태로 콘서트 강한 넓은 흡수 밴드와 증감 발색단을 포함하는 프로세스에 기인 . 또한, TTA-UC는 운동 공부 (26)로부터 높은 효율을 극한 밝혀졌다.
TTA-UC 낮은 빛의 세기로 작동하지만, (적어도 낮은 광도에서) 입사광의 강도와 방출되는 빛 사이의 차의 관계는 여전히 존재한다. 이 프로세스의 이분자 활동에 기인한다. 계정이 다른 그룹에 의해보고 된 다양한 실험 조건 (특히 빛의 강도)에 대한 메리트 (FOM) 시스템의 그림은 미터로 상향 변환에 의해 제공되는 성능 향상을 채용해야한다. 이 FOM이 ΔJ SC가와 ʘ (일반적으로 캐리어의 상향 효과 및없이 효율성, IPCE를 충전하기 위해 사건 광자의 통합에 의해 결정) 단락 전류의 증가입니다 ΔJ의 SC / ʘ로 정의 된 것은 효과적인 태양이다 이 농도가 29 (해당 영역의 광자 플럭스에 기초한, 즉 증감 제의 Q-밴드 흡수이다).
여기서, 통합 DSC-TTA-UC 장치를 제조하고 정확하게 특성화하기위한 프로토콜은 장치 테스트에서 잠재적 인 함정에 특별한주의를 지불보고됩니다. 이것이이 분야에서 추가 작업을위한 기반으로 활용 될 것으로 기대된다.
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Protocol
1 DSC 제작
1.1. 작업 전극의 제조
- F의 청소 하나의 전체 시트 : 산화 주석이 코팅 된 유리 (2.3 mm × 110mm × 110mm, <8 Ω / □) 세제를 탄 물을 초음파 순차적으로, 아세톤 그리고 마지막으로 에탄올 (10 분마다).
- 산화 티타늄 아래의 단계에 따라 2의 조밀 한 층을 증착 :
- 핫 플레이트 (전도성면이 위로)에서 450 ° C에 압축 공기와 열 유리를 사용하여 건조 유리합니다.
- 구 비율 : 1의 에탄올로 희석 티타늄 디 이소 비스 (아세틸 아세토 네이트) (이소프로판올 75 중량 %).
- 유리판에 걸쳐 오 살포 ~ 100mm의 거리에서 가열 유리나 희석액을 스프레이.
- 12 라운드 10 초 당 한 라운드 스프레이.
- 핫 플레이트를 전환하기 전에, 추가로 5 분 동안 450 ° C에서 유리 보관하십시오. 핫 플레이트에 유리를두고 천천히 RT로 냉각 할 수 있습니다.
- 에 유리를 배치스크린 프린터 테이블 (다시 한 번 도전면을 위로). 화면을 삽입하고 유리에 패턴을 맞 춥니 다. 화면으로 산화 티타늄이 페이스트를 추가하고 하나 또는 두 개의 층을 인쇄 할 수 있습니다. 이 층을 증착하는 경우, 인쇄 사이에 프린터에서 유리 플레이트를 분리 커버하고 후속 층을 인쇄 할 프린터로 돌아 가기 전에 10 분 동안 125 ° C에 다음 ~ 5 분 동안 열을 해결 할 수 있습니다.
- 최종 인쇄되면 실행 전체 소결 프로그램이 구성되어 있습니다. 450에 다음 개최, 10 ° / 분에서 길게 11.7 ° / 분에서 길게 12.5 ° / 분에서 5 분 375 ° C에 다음 5 분, 325 ° C로 다음 10 분, 150 ° C에 전극을 가열 ° C 10.7 ° / 분, 30 분, 10 ° / 분에서 마지막으로 500 ° C를 유지, 15 분을 개최합니다. 이 후 RT로 천천히 냉각.
- 가스켓 후 적용하기위한 인쇄 된 필름 주변에 충분한 공간이 보장하는 개인의 전극에 마스터 판을 잘라. 압축 공기를 사용하여 유리 파편을 제거합니다.
- 20 mM의는 TiCl4에 전극을 담가
- 일단 0.5 mM의 염료 용액에 전극을 담가 아래 100 ° C로 냉각. tertbutanol :이 경우 사용 아세토 니트릴, D149 (1 : 1).
- O 염색을 한 후 / N 전극을 제거하고 ~ 30 초 후 추가로 30 초 동안 앉아 수에 아세토 니트릴에 적극적으로 헹군다. 세정 화장실에서 전극을 철회하고 압축 공기로 건조.
1.2. 카운터 전극 제조
- 2.3 mm의 F의 또 다른 시트를 잘라 : 산화 주석이 유리를 18.3 mm로 27.5 mm 조각 ×.
- 물에 상대 전극을 담그고 구석에 작은 구멍을 드릴 (φ = 1mm, 각 모서리에서 2.5 mm) 작은 벤치 드릴에 장착 된 다이아몬드 팁 치과 버를 사용하여 충전 포트로 사용할 수 있습니다.
- 섹션 1.1에 따라 청소 상대 전극0.1
- 전도성면을 위로하여 타일에 건조 카운터 전극과 장소. 백금산 용액 (H 2 PTCL 6, 에탄올에서 10 mM)을 한 방울을 적용하고 피펫의 끝 확산. 15 분 동안 예열 (400 ° C에서) 핫 플레이트 상에 배치 된 타일입니다. 이 후, 유리, 타일을 제거하고 벤치에 냉각 할 수 있습니다.
1.3. 반사판
- 상대 전극 (섹션 1.2.2)과 동일한 기술을 사용하여, 27.5 mm × 18.3 mm에 비전 도성 2mm 유리의 조각을 잘라 긴 가장자리를 따라 인접한 모서리에 두 개의 구멍을 드릴.
- 일단 상기와 동일한 프로토콜을 사용하여 유리 면도, (1.1.1)
- 낮은 잔류 테이프를 사용하여, 삼면이 벤치에 깨끗하고 마른 유리 테이프입니다. 알 2 O 3 페이스트의 방울 (알 2 O 3 + 1 ㎖의 에탄올 콜로이드 0.3 μm의 알 2 O 3 입자를, 2 ml의 2.0 g)에 적용하고 유리막 다운 그린다.
- 필름, 건조 테이프와 실리콘을 제거 할 수 있도록 허용30 분 동안 500 ° C에서 NTER 유리합니다.
1.4. 장치 조립
- 핫멜트 접착제 가스켓이 배치를 잘라.
참고 : 첫 번째는, DSC를 들어, 25 μm의 두께이며 17mm × 8mm의 내부 크기와 21mm × 12mm 외부 크기를 가지고있다. 초, 상향 변환 챔버를 들어, 120 μm의 두께를 제공하기 위해 두 배로 60 μm의 가스켓 재료를 사용합니다. 접을 때,이 가스켓은 17mm × 21mm의 내부 크기와 25mm × 21mm 외부 크기를 가지고있다. - 충전 포트를 보장하는 액세스, 카운터 전극의 모서리에있는 첫번째 개스킷을 놓습니다. 인쇄 영역이 가스켓 내부 전체가되도록,이 이상 작동 전극을 배치하고, 좋은 밀봉을 구하십시오.
- 핫 플레이트 (120 ° C)에이 어셈블리를 이동하고 가스켓을 적시 유리 표면으로 육안으로 관찰 할 수있다 가스켓 연화 및 용융 때까지 압력을 적용합니다. 어셈블리를 제거하고 냉각 할 수 있습니다.
- 장소리플렉터 초 가스켓, 다시 한 번 보장 충전 포트가 적용되지 않습니다. 인쇄 된 영역이 인쇄 된 알루미나 반사기 바로 앞에되도록 상부에 배치 DSC. 압력을인가하면서 개스킷 섹션 1.4.3에서와 같이, 연화 따르는 반면까지 다시 한번 가열 장치. 이 어셈블리는 그림 1에 나타나있다.
1.5. 충치를 충전
- 0.1 M LiI로, 0.6 M 1,2 - 디메틸-3-propylimidazolium 요오드화 메 톡시 프로 피오 니트릴 (methoxypropionitrile)에 0.05 M 요오드 전해액을 준비한다.
- 대향 전극이 위쪽으로 향하도록 장착 된 진공 튜브 작은 플라스틱 용기에 장치를 배치했다.
- 구멍을 통해 전해질 용액 위에 유리 조각의 방울을 넣어. 공동으로 전해질을 그릴 것이다, 해제하기 전에, DSC 공간에 공기를 추출하는 데 몇 초 동안 진공을 적용합니다.
- 알루미늄 호일에 핫 멜트 가스켓 재료를 적층하여 씰을 준비합니다. 핫 플레이트, gask 이러한 남기기등 재료면을 위로. ~ 5 초간 가스켓 재에 대해 장치를 가압하여 밀봉 한 후, 완전히 대향 전극의 후방을 청소.
- 팔라듐 염료 0.6 밀리미터를 용해하여 TTA-UC 솔루션을 준비 (tetrakis(3,5-di-tert-butylphenyl)-6'-amino-7'-nitro-tetrakisquinoxalino[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-porphyrinato) 팔라듐 (II))과 벤젠의 22 mM의 루 브렌. 철저하게 세 액체 질소 얼음 - 펌프 - 해동 사이클을 사용하여이 솔루션의 배기.
- 글로브 박스 내부 모세관 힘을 통해 그릴 수 있도록, 백 캐비티에 TTA-UC 솔루션을 소개합니다. 전체되면, 다시 한번 철저하게 표면을 청소 및 알루미늄 백업 가스켓 재료의 또 다른 조각을 사용하여 밀봉.
2 측정
2.1. 전기 접점
- 노출 F에 솔더를 적용 소닉 납땜하고 적절한 솔더를 사용하여 작업 및 카운터 전극의 산화 주석 2. 일반 솔더를 사용하여 양극에 전선과 음극을 연결합니다.
- UV에게 가장자리를 열 경화형 에폭시를 적용합니다.
NOTE : 이는 산소 침투 및 용매 증발에 대해 장치의 보조 밀봉 역할뿐만 아니라, 장치, 특히 와이어 부착의 견고성을 증가하도록 이루어진다. - 터미널 블록을 통해 개방형 BNC 케이블에 양극과 음극 와이어를 연결합니다.
2.2. IPCE 측정 설정
- 도 2에 개략적으로 도시 된 설정을 사용하여, 셀 홀더 상으로 집적 장치를 탑재.
- 조절 가능한 마운트를 통해 미러 (670) nm의 연속파 레이저 광 ( '펌프광')와 집적 소자 (~ 2mm × 1mm)의 단면을 밝히는.
- ( '프로브 빔')가 간섭 성 준 단색 광 집적 TTA-UC DSC 밝히는는, 크세논 (Xe) 램프를 사용하여 생성 된 (405)의 nm 롱 패스 필터를 통해 먼저 통과 한 후 choppeR은 29 Hz에서, 단색, (~ 4 %의 빔 스플리터로 여기에 사용) 각진 유리 슬라이드 및 포물선 거울을 운영 휠. 입사는 프로빙 DSC 활성층 만 UC 층을 조명하지 않도록 각도로 펌프 빔과 흥분 UC 층에 의해 TTA-UC 층 배경 삼중 인구를 생성한다.
- 조정 가능한 미러 마운트를 사용할 TTA-UC 층에 펌프와 프로브 빔을 맞 춥니 다. 이 다이나믹 신호 획득 장치, 전류 증폭기 및 실내 제어 소프트웨어를 이용하여 5 nm의 단위로 가시 스펙트럼을 가로 질러 스캐닝되기 때문에 프로브 생성 단락 전류를 측정한다.
- 동시에 파워 미터 및 신호 획득 장치에 공급되는 아날로그 출력과 포토 다이오드와 유리 슬라이드로부터 반사 된 프로브 빔의 전력 변동을 기록한다. 소프트웨어의 프로브 변화에 의해 장치에서 J의 SC를 수정합니다.
- 약간 조정 가능한 거울을 이용하여 펌프 빔 변위 마운트가되도록 그 프로브 빔에 인접하는 소자의 활성층을 안타. 잘못 정렬 된 펌프와 프로브 빔 측정을 반복합니다.
- 잡음 비율 더 나은 신호에 대해 동일한 위치에 정렬 및 오정렬 측정의 6 세트를 기록합니다.
- 670 nm에서 알려진 전송으로 펌프 빔에 다른 중립적 인 밀도 필터를 배치하여 펌프 빔의 강도를 줄이고 강도의 범위 2.2.7에 2.2.4 단계를 반복합니다.
- 활성 펌프 빔 소스없이 통합 장치 J의 SC를 측정한다.
- 샘플의 위치에 배치하여, 포토 다이오드, 포토 다이오드에 의해 생성 된 전류의 관점에서 DSC에 프로브 입사 전력을 측정한다.
- 투과 스펙트럼, T DSC를 얻었다 UV 가시 분광 광도계를 사용하여 제거 UC 챔버와 연구 장치의 송신을 측정한다.
참고 :이 교대로 단계 1.4과 1.5 사이에서 수행 할 수 있습니다.
- (AS 섹션 2.2.10 참조), 포토 다이오드와 파워 미터를 이용하여, 사용 된 각 필터링 조건 DSC 위치에서 펌프 빔 전력을 측정.
- TTA 층 실험 동안에 어디에 동등한 위치에서 그리드 종이 위에 돌출 펌프 빔의 사진을. 카메라 검출기의 포화를 방지하기 위해 필요한 경우 심하게 된 빔을 감쇠. 펌프 자리의 크기를 결정하기 위해이 영상과 이미지 분석 소프트웨어를 사용합니다.
3 데이터 처리
3.1. 1 나노 증분에 대한 모든 데이터를 보간.
3.2. IPCE 결정
- 프로브 광 다이오드 (I)에 의해 생성 된 전류로서 측정 능력과 전하 (Q)로부터 집적 소자에 도달하는 광자 플럭스 (φ)을 계산한다 :
- 데비의 변환 된 전자 효율 셀 입사 광자 (IPCE 0)를 계산펌프 조명 및 프로브 플럭스없이 J SC의 측정에서 CE.
- 펌프와 프로브 정렬 및 업 컨버터를 활성화에서 상대 향상을 얻을 잘못 정렬과 측정 사이의 비율을 가져 가라.
- 태양열 집중 계수 결정
- σ, 흡수 단면으로 증감의 흡광 계수를 변환합니다.
- 각 파장에서 태양 스펙트럼으로부터 DSC의 투과율 및 증감 제 (σ)를 광자 플럭스 밀도의 제품을 복용 한 후 합산하여 표준 AM1.5G 태양 스펙트럼 (k 값 φ)하에 증감 제의 여기 속도를 구하는 증감 Q-밴드 흡수 제품에 걸쳐, 통상적으로 600 내지 750 나노 미터이다.
- 펌프 소스, 상이한 감광 필터와 펌프의 광자 플럭스 밀도의 힘과 스폿의 크기로부터 계산한다. 그런 다음 자속 밀도의 제품, DSC의 투과율 및 증감에 걸릴670 nm의 펌프가 구동 비율을 얻었다.
- AM1.5G 조건 여진 레이트 펌프 구동 속도의 비로부터 태양열 집중 계수 (ʘ)를 계산한다.
3.3. 피팅 모델 및 공로 결정의 수치
- 상대 강화 = 1 + 상수 × [(σ σ 프로브 × 펌프) / (σ 펌프 + σ 프로브)] × (T DSC / IPCE 0) 실험 개선 결과 상, σ 펌프와 σ 프로브의 모델에 맞는 펌프와 프로브 파장에 대한 단면이다; σ 펌프는 각각의 펌프 강도에 고정되어 σ 프로브는 파장에 따라 달라집니다.
- IPCE UC 및 IPCE 공 및 태양 플럭스 densit의 차이에서 상향 변환 효과 (ΔJ SC)에서 얻은 J의 SC의 향상을 예측y를 입력합니다.
- TTA-UC 낮은 여기 강도에서 전원 입력에 차 의존성을 가지고 있기 때문에, 태양 집중 계수의 제곱으로 ΔJ의 SC 정상화 FOM을 계산합니다.
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Representative Results
도 3A - 효과는 이하에서보다 상세히 논의 D로 표시 인핸스 응답은, 다른 측정 조건 하에서 측정 하였다. 것의 전류 밀도 개선에서 그것은도 4a 및도 4b의 결과가 피크 전류 향상과의 활성층을 통해 송신에 의해 감쇠 증감 제의 흡수 스펙트럼과 잘 일치 IPCE 향상과, 상향 변환에 기인 것을 분명히해야 DSC.
펌프 빔을 편향 레이저에 의해 도입 된 측정 아티팩트를 회피하기 위해도 2에 개략적으로 도시 된 프로브 빔에 큰 각도로 UC 층에 도달하도록 조정되었다.도 4a는, 상당한 편향 효과없이 개선을 도시 모두도 4C 반면 그리고 4D는이 문제의 영향을받습니다. 올바른 alignme의 결과측정치는 NT J SC의 차이가 675 nm에서 흡수 피크를 갖는 증감 제의 흡수 특성을 반영하는도 4a에 도시된다. 선정한 증감 및 장치의 투명 영역의 흡수 영역으로부터, J SC에서의 차이는 노이즈에 매립된다.
가시 스펙트럼의 적색 끝에서 집적 소자의 중요한 상대 IPCE 향상은도 4c에서 관찰 될 수있다. 그러나, 정렬 및 정렬되지 J의 SC 측정의 차이를 보여줍니다 그림 4C의 삽입은 증감의 스펙트럼 특성을 반영하지 않습니다. 펌프와 프로브의 정렬은 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐, 전지 성능을 향상시키는 것 및 인핸스 인해 레이저 (30)를 가압하여, 장치의 전체적인 성능을 향상 트랩 필링에서 오는 것을 의미한다.
VER 위해서는의심을 쓸어, 통합 장치는 UC 실이 비어 (그림 4D)를 왼쪽 것을 제외하고는 유사한 장치에 의해 대체되었다. 동일한 실험 조건에서 향상된 기능은 가시 스펙트럼에서 발견되었다. 이것은 이전의 향상 효과는 레이저 바이어스 대신 TTA-UC의 확인으로부터 온다. 레이저의 대부분은 다시 장치로 분산되어 있기 때문에 TTA-UC 솔루션이없는 장치의 경우, 바이어 싱 효과는 더욱 중요하다.
도 5는도 4a 및도 4b에 도시 된 결과에 따라 확장한다. 이 경우, 펌프 광의 광 강도가 6부터 27 ʘ로 조정 하였다. ΔJ SC는 (전원 법은 2.02에 맞게) 기대에 따라, 빛의 강도의 제곱으로 확장 할 볼 수 있습니다. 이와 같이, FOM이 TTA-UC 이분자 시스템 프로세스에 의해 제한된다는 것을 시사 광량이 독립적으로 볼 수있다.
: 유지 - together.within 페이지를 = "항상"> 
애니메이션 1 :. 삼중 - 삼중 소멸 광자의 회로도 동작 상향 변환 티오 2에 D149 염료 이후 전자 주입의 조명의 결과로 PQ4PdNA 증감 및 루 브렌 터와 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 1 장치 구성 전에 액체 성분의 도입. 레이어 함께 배치 및 가스켓 층을 부드럽게 열 응용 프로그램에 의해 밀봉된다.">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 향상 측정 2 셋업. 집적 소자는 백색 광원 (레이저 구동 램프)에서 변조 간섭 단색광으로 조사는 단색화 통과하고 achromatically 축외 포물선 미러에 의해 샘플 상에 초점을 맞추었다. 파워 미터에 연결된 포토 다이오드에 의해 프로브 광은 유리 필터 (빔 스플리터)로 분할되어 반사 된 프로브 광이 검출된다. 집적 소자의 TTA-UC 층 TTA-UC 향상 효과가 약함 단색 광을 프로브 할 수 있도록 배경 트리플렛을 생성하도록 670 nm의 연속파 레이저 (펌프)에 의해 연속적으로 여기된다. 장치로부터의 출력 전류는 전류 증폭기 및 압력 측정을 통해 공급된다빨간색으로 잠금에서 증폭. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
응답 차이를 확인 (A)의 상대 IPCE 향상 (골 (정렬) / COL (잘못 정렬) 및 응답의 차이 (골 (정렬) -col (잘못 정렬)이 정렬 육 및 육 오정렬 측정에서 평균을. 보여주는 그림 3 대표 데이터 향상된 스펙트럼 형상이 증감 제 및 (B)를 장착 상대적인 개선 모델의 Q-밴드 흡수에 일치로 IPCE 향상의 스펙트럼 형상은, 업 - 컨버터의 증감에 의해 수확 된 서브 - 밴드 갭 조명에서이다 (이전 31 참조) 레아에 의한 실험 IPCE 강조 곡선 상성 제곱 피팅. 이 모델은 세포 투과율, 원래의 세포 IPCE (더 펌프) 및 프로브 및 펌프 소스에 대응 증감 흡수 단면을 포함한다. 모델링 향상 곡선은 다음 따라서 TTA-UC와 FOM에서 발생하는 추가 단락 회로 전류를 계산하는 데 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
(27 ʘ 아래) 그림 4 IPCE 향상은 인세를 보여주는 데이터에 대한 상대 IPCE 향상 추적 (A)에서 모델링 (A) 정확한 오정렬 측정과 통합 장치 (삽입 원시 님의 이득을 표시하는), (B)에 대한 추적 장치 위스콘신의 원시 현재 반응 곡선펌프와 프로브가 텍스트 (D)에서 설명한 측정 이슈 결과 활성 전극 상에 동일한 위치에 정렬되는 것을 제외하고 제 펌프 및 프로브 빔 정렬과 오정렬 (C) (A)에서와 같이 동일 장치 더 원시 님의 이득을 보여주는 삽입으로,이 측정 문제를 강조 (C)에 따라 측정 한 빈 UC 챔버와 동일 장치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
태양 집중 계수에 내장 된 장치의 그림 5 FOM 의존성. 삽입 된 계산 전류 이득의 두 축이 TTA-UC에서 (ΔJ SC)의 의존도를 보여줍니다로그 스케일.
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Discussion
이 프로토콜은 상향 변환 향상된 DSC 및 세부 정확하게 같은 장치를 측정하는 방법에 광자를 달성하는 수단을 제공한다. 예상 ΔJ의 SC 개선의 간단한 계산 한 태양을 포함하여 다른 빛의 강도에 예상 될 때까지 FOM이 있습니다. 시스템이 포화 임계 값 (33)보다 낮은 경우 여기에 표시된 숫자가 기대에 따라, 광 강도 (도 4의 인셋)으로 불변이다. FOM, 우리는 쉽게 비교할 수 있도록 TTA-UC 또는 다른 비선형 UC 프로세스의 개선 효과를 표준화 할 수있다.
이 연구에서 얻어진 FOM 값은 DSC에 대한보고 FoMs 중 가장 높은 있지만, 그들은 상용 관심 멀리 여전히 (~ 1mA ∙ cm -2 ʘ -2). 이 외에도,이 스케일의 향상된 측정 문제가 될 수있다. (특히도 3C 및 3D에서)이보고 회에서펌프 빔 (다소) 예기치 않은 문제가 발생 잘못된 위치 측정 기술의 전자 위험이 도시되어있다. 이 (그림 3D에 도시 등) 제어 실험을 수행하고 조건에 따라 수정하는 것이 중요합니다 불확실성이있는 경우이 문제는 그러나, DSC를 고유 할 수있다.
TTA-UC의 성능을 제한하는 몇 가지 제한 요인이 있습니다. 우선 에미 터의 삼중 감쇠율은, 루 브렌 (~ 8000 초 -1 (34)), 하나 ʘ 조명 (6.8 초 -1)하에 증감 제의 여진 속도보다 훨씬 더 빠른 반면, 루 브렌의 TTA 레이트 트리플렛 만 ~ 1 × 10 8 M -1 초 -1, 일반 유기 용매에 루 브렌 (35)의 확산 제한 아래 3 자릿수이다. 이것의 결과는 삼중 루 브렌의 대부분이 TTA를 수행하기 전에 기저 상태로 붕괴된다.
위해서는증감 제의 농도를 증가시킴으로써, 삼중 농도를 증가시키기 위해 시도 할 수있는 단 분자 TTA 일 전에 붕괴를 겪고 루 브렌 트리플렛의 양을 감소시킨다. 불행하게도, 솔루션 포르피린 높은 농도에서 집계 경향이 있고, 증감 증감 TTA는 일어날 수있다. 이러한 문제를 극복 할 가능성이 솔루션은 무기 나노 입자의 표면 (36)에 증감을 연결하는 것입니다. 마찬가지로 (비교적) 고정화 증감 이러한 높은 농도는 감소 된 자기 담금질로 수용 될 수 있고, 효율적인 TTA 가능한 트리플렛의 국소 농도를 증가시킬 수있다.
(- 700 내지 600 nm) 포르피린의 Q-밴드 흡수의 DSC 흡수 발병과 중첩로서 본 연구에 사용 된 감광제는 결합 DSC에 적합하지 않다. 따라서 삼중 농도 때문에 광자 플럭스에 따라 효율성있는 TTA-UC, 사용할 수 투과광의 손실이있다. 우리는 더 유의를 측정 할 것으로 예상본 연구에서 사용 된 것과 유사한 시스템 간 교차 효율 근적외선 흡수 깊이에 감광제와 ficant 향상. 이러한 시스템이 특징으로 할 때 경우 FOM은 비교의 편리한 메트릭을 제공합니다.
여기에 사용되는 염료, D149이 같은 N719 또는 "검은 색 염료"로 DSC에 사용할 수있는 최고 성능의 유기 염료, 그러나 다른 사람 중 하나입니다 더 붉은 이동 흡수 셋을 온 세트가 있습니다. 파장에서 Q-밴드 흡수 이러한 장치, 적절한 포르피린을 향상시키기 위해 TTA-UC 위해서는보다 큰 900 nm의 생성해야합니다. 한편, 현재까지보고 된 가장 높은 DSC 효율은 근소 여기서 사용 된 염료에 대한 발병 넘어 ~ 730 나노 미터 (37)의 흡수 개시를 갖는다.
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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 |
References
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