Summary
Bir boya duyarlı güneş hücresi ve üçüz-üçüz imha yukarı dönüşüm ünitesi de içeren bir tümleşik aygıt, güneş spektrumunun daha geniş bir bölümünde, gelişmiş ışık toplamayı verecek, üretildi. Mütevazı aydınlatma düzeyleri altında, düşük enerjili fotonlar için önemli ölçüde geliştirilmiş yanıt boya duyarlı güneş hücreleri için liyakat rekor bir rakam elde, saptandı.
Abstract
Kırmızı ve kızılötesi ışık boya duyarlı güneş hücreleri (DSCs) yetersiz yanıt yüksek photocurrents ve dolayısıyla daha yüksek verimlilikleri gerçekleşmesine önemli bir engeldir. Foton yukarı dönüşüm üçlü üçlü-yok etme yolu ile (TTA-UC), zararlı bir şekilde photoanodic performansı etkilemeden, fotoakım üretmek için bu, aksi takdirde atık, düşük enerjili fotonlar kullanmak için çekici bir tekniktir. Bunların ötesinde, TTA-UC DSC teknolojisi ile bağlanması için özellikle uygun hale getirir, diğer bilgi foton yukarı dönüştürme teknolojileri farklı bir dizi özellik, yer alır. Bir paladyum porfirin hassaslaştırıcı ve rubrene yayıcı içeren bu çalışmada, yüksek performanslı, kanıtlanmış TTA-UC sistemde, entegre bir cihazın yüksek performanslı DSC (organik boya D149 kullanılarak) ile bir araya getirilmektedir. Cihaz, en yüksek fi sonuçlanan TTA-UC alt ünitesinin emme aralığı üzerinde alt-bant boşluklu bir ışığa karşı daha iyi bir yanıtı göstermektedirBugüne kadar DSC performans destekli yukarı-dönüşüm için liyakat? Güre.
Introduction
Boya duyarlı güneş hücreleri (DSCs) uygun güneş enerjisi toplama 1-3 umut verici bir kavram olarak ilan edilmiştir. Bu coşku rağmen, yaygın ticarileştirme meydana henüz. Birkaç sebep bir baskı konu, bu cihazların 4 elde hafif hasat verimi sınırlayıcı emme başlangıç nispeten yüksek enerji olmak üzere, bunun için öne sürülmüştür. Bu aşılabilir olmasına rağmen, absorpsiyon başlamasını düşürülmeye orantısız akım yoğunluğu 5, 6, herhangi bir kazanç aşındırır açık devre gerilimi bir düşüş eşlik eder.
DSC'lerde genel çalışma bir redoks mediatörü ile okside boyanın yeniden yaratmanın takip ettiği, bir yarı-iletken (tipik olarak TiO2), bir boya photoexcited elektron transferini içerir. Her ikisi de, bu işlemler, yüksek verim 7 devam etmek için önemli itici güçleri (potansiyel) gerektirecek şekilde görünür 4 ile emicileri içerir.
Yukarıda ortaya hafif hasat sorunun üstesinden gelmek için, bir takım yaklaşımlar atılmıştır. Bu 'üçüncü nesil' tandem yapılar 9, 10 ve foton upconversion 11-14 8 yaklaşımları içermektedir.
Son zamanlarda 11 biz sistemi dahil (TTA-UC) yukarı dönüşüm temelli bir üçlü-üçlü imha ile bir DSC çalışma ve karşıt elektrot oluşan entegre bir cihaz, raporyapısıyla ilgilidir. Bu TTA-UC eleman, aktif tabakasından geçen kırmızı ışık hasat ve kimyasal olarak DSC aktif katman tarafından emilebileceği yüksek enerjili fotonların (aşağıda daha ayrıntılı tarif edildiği gibi) dönüştürmek ve fotoakım üretmek mümkün olmuştur. Bu sistemde dikkat edilmesi gereken iki önemli nokta vardır. Öncelikle, TTA-UC diğer foton üst değiştirme sistemleri 11 üzerinde prospektif bir çok avantajı vardır; ikincisi bu noktaya TTA-UC edebiyat up eksik olmuştu TTA-UC, eklenmesi için uygun bir mimarisi (proof-of-prensibi) gösterir.
TTA-UC 15-24 'deki proses olup, aşağıda cihazın başlangıç enerjisi enerji ile ışık, bu durumda, Pd porfirinler yılında' hassasiyetini moleküllerinin uyarılmasını içerir. Tekli-heyecanlı duyarlılaştırıcılar düşük enerji üçlü devlet hızlı sistemler arası geçişi tabi. Oradan da bir zemin-devlet üçlü-kabul 'yayıcı & # enerji aktarabilirsiniz8217; Böyle rubrene gibi türler, sürece transfer serbest enerji 25 ile izin verilir. Rubrene ilk triplet halinin (T1), iki üçlü eksitasyonlu rubrenes bir karşılaşma karmaşık yok edebilir, yani, onun birinci uyarılmış duruma tekli (s 1), ancak T 2 yarısından daha az enerjinin yarısından enerjisinden daha büyük olduğu oldukça yüksek bir olasılık ile bir teklisi heyecan verici molekülü (ve zemin devlet diğer) vermek. Diğer devletler, istatistiksel tahmin, büyük olasılıkla rubrene 26 için enerjik erişilemez. Tekli uyarılmış rubrene molekül, DSC, çalışan elektrot üzerinde boya uyarmak için yeterli enerjiyle (floresan göre) bir foton yayabilir. Bu işlem Animasyon 1 'de gösterilmiştir.
TTA-UC o kurs için cazip bir seçenek haline, böyle geniş bir absorpsiyon alanı ve tutarsız doğa 27, 28 gibi diğer UC sistemleri ile karşılaştırıldığında bir çok avantaj sunuyor(OPV gibi) DSC ile pling. TTA-UC nispeten düşük ışık şiddetlerinde ve diffüz aydınlatma koşullarında faaliyet kanıtlanmıştır. DSC ve OPV hem de düşük ışık yoğunluğu rejiminin en verimli. Güneş konsantrasyonu pahalı ve yüksek verimlilik, yüksek maliyetli cihazlar için sadece haklı olduğunu. Düşük yoğunluklu aydınlatma koşullarında TTA-UC sistemlerin nispeten yüksek performanslı etkileşim türleri ile temas için dağılabilen olan uzun ömürlü üçlü ülkeleri ile uyum içinde güçlü, geniş bir emme bantlı hassasiyetini kromoforları ile ilgili bir süreçte atfedilebilir . Buna ek olarak, TTA-UC kinetik bir çalışmasının 26 yüksek içsel verimine sahip olduğu bulunmuştur.
TTA-UC düşük ışık yoğunluğu çalışır rağmen, (en azından düşük ışık şiddetlerinde) gelen ışık yoğunluğu ve yayılan ışık arasında kuadratik bir ilişki hala var. Bu işlemin bimoleküler yapısından dolayıdır. Hesap etmekBu ve farklı gruplar tarafından bildirilen çeşitli deneysel koşullar (özellikle ışık yoğunluğu) için, hak ediş (FoM) sisteminin bir rakam metre upconversion tarafından sunulan performans artışı istihdam edilmelidir. Bu FoM ΔJ SC ve ʘ (genellikle Taşıyıcı üst değiştirme etkisi ile ve olmadan Verimliliği, IPCE, şarj için Olay Foton entegrasyonu ile belirlenir) kısa devre akımı artış ΔJ SC / ʘ olarak tanımlanmıştır etkili güneş olduğunu konsantrasyon 2 29 (ilgili bölgede foton akısı göre, bu hassaslaştırıcının Q-bandı soğurma olduğunu).
Burada, entegre bir DSC-TTA-UC cihaz üreten ve doğru tanımlamak için bir protokol cihazı test potansiyel tuzaklar özel dikkat, bildirilmektedir. Bu, bu alanda daha fazla çalışma için bir temel olarak hizmet umulmaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. DSC Fabrikasyon
1.1. Çalışma Elektrot Hazırlanması
- F temiz bir bütün bilançosu: TARGET 2 kaplamalı cam (2.3 mm × 110 mm × 110 mm, <8 Ω / □) sabunlu su sonifikasyon sırayla tarafından, daha sonra aseton ve nihayet etanol (10 dk).
- TiO aşağıdaki adımları izleyerek 2 yoğun bir tabaka yatırın:
- Ocak (iletken tarafı yukarı) 450 ° C basınçlı hava ve ısı cam kullanılarak kuru cam.
- 9 oranında bir 1 etanol ile seyreltin Titanyum diisopropoxide-bis (asetilasetonat) izopropanol (ağırlıkça% 75).
- Cam levha üzerinde beş spreyler, ~ 100 mm'lik bir uzaklıktan ısıtıldı cam üzerine inceltilmiş solüsyon püskürtün.
- 12 mermi 10 saniyede bir tur püskürtün.
- Ocak gözü kapatmadan önce, 5 dakika daha 450 ° C'de cam tutun. Ocak gözünün üzerine camı bırakın ve yavaş yavaş oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
- Üzerine cam yerleştirinekranı, yazıcı tablo (bir kez daha iletken tarafı yukarı). Ekranı takın ve cam desen hizalayın. Ekrana TiO2 salça ekleyin ve bir veya iki kat yazdırın. Iki paso halinde, baskılar arasında yazıcıdan cam plaka kaldırmak kapak ve bir sonraki katman yazdırmak için yazıcıya dönmeden önce 10 dakika boyunca 125 ° C'ye kadar, ~ 5 dakika için ısı yerleşmek için izin.
- Son baskı kez çalıştırmak tam bir sinter programı yapılır. 450 daha sonra, tutma, 10 ° / dakika tutun 11.7 ° / dakika tutun 12.5 ° / dakikada 5 dakika 375 ° C'ye kadar 5 dakika, 325 ° C'ye kadar 10 dakika, 150 ° C'ye kadar ısıtın elektrotlar 10.7 ° C ° / dakika ile 30 dakika, 10 ° / dk'da son olarak 500 ° C tutmak, 15 dakika tutun. Bundan sonra, oda sıcaklığına kadar yavaşça soğutulur.
- Conta sonra uygulanmalıdır için baskılı film çevresinde yeterli oda var sağlamak tek tek elektrotlar içine master plaka kesmek. Sıkıştırılmış havayı kullanarak herhangi bir cam kırıkları çıkarın.
- 20 mM TiCI4 elektrotlar daldırın
- Sonra, 0.5 mm'lik bir boya çözeltisi içindeki elektrotlar daldırın altında 100 ° C'ye kadar soğutuldu. Tertbutanol: Bu durumda kullanımda asetonitril, D149 içinde (1: 1).
- Boyamadan sonra, O / N elektrotlar ve ~ 30 saniye ve daha sonra 30 saniye boyunca oturmasına izin asetonitril içinde sert biçimde yıkayın. Durulama banyosundan elektrotlar çekilme ve basınçlı hava ile kurulayın.
1.2. Sayaç Elektrot Hazırlanması
- 2,3 mm F başka Yaprak: TARGET 2 bardak 18.3 mm içine 27.5 mm parçalar ×.
- Su sayacı elektrodu daldırın ve köşede küçük bir delik (φ = 1 mm, her köşeden 2,5 mm) küçük bir tezgah matkap monte elmas uçlu diş çapak kullanarak, bir dolgu liman olarak kullanmak için.
- Bölüm 1.1 uyarınca Temiz karşı elektrot.1
- Iletken tarafı yukarı bir çini kuru karşı elektrot ve yer. Platinik asit çözeltisi (H2 PtCl 6, etanol içinde 10 mM), bir damla uygulayın ve bir pipet ucu ile yayılır. 15 dakika boyunca önceden ısıtılmış (400 ° C) ocak gözünün üzerine yerleştirin karo. Bundan sonra, cam ve kiremit kaldırmak ve bir bankta soğumasını bekleyin.
1.3. Reflektör
- Karşı elektrot (bölüm 1.2.2) gibi aynı tekniği kullanarak, 27.5 mm × 18.3 mm iletken olmayan 2 mm cam bir parça kesin ve uzun kenarından bitişik köşelerinde iki delik.
- Bir kez yukarıdaki gibi aynı protokolü kullanarak temiz bir cam, (1.1.1)
- Düşük kalıntı bant kullanarak, üç taraftan tezgah temiz, kuru cam bantlayın. Al 2 O 3 macun bir damla (Al 2 O 3 + 1 ml etanol içinde 0,3 um koloidal Al 2 O 3 parçacıklar, 2 ml, 2.0 g) uygulayın ve bir cam çubuk ile aşağı çekilmektedir.
- Film, kuru bandı ve si çıkarmak için izin ver30 dakika boyunca 500 ° C de ara tabanlı cam.
1.4. Cihaz Montaj
- Sıcak erimiş yapışkan conta iki toplu kesin.
Not: ilk olarak, DSC, 25 mikron kalınlığında ve 17 mm x 8 mm, iç boyutları 21 mm x 12 mm dış boyutlara sahiptir. Sn, üst değiştirme odası için 120 mikron kalınlığında vermek için iki büklüm 60 mikron conta malzeme kullanır. Katlandığında, bu conta 17 mm × 21 mm iç boyutları ve 25 mm × 21 mm dış ölçülere sahiptir. - Dolum bağlantı sağlanması erişilebilir, sayıcı elektrod köşesinde birinci conta yerleştirin. Basılı bölge, contanın iç tamamen öyle ki bu fazla çalışma elektrodu ve iyi bir sızdırmazlık elde edilir.
- Bir ocak (120 ° C) bu derleme taşıyın ve conta ıslatır cam yüzeyler görsel olarak görülebilir conta yumuşar ve erir kadar basınç uygulayın. Düzeneğini çıkarın ve soğumaya bırakın.
- Yerreflektör üzerinde ikinci conta, tekrar sağlanması doldurma portu kapsamında değildir. Basılı alan baskılı alümina reflektör önünde doğrudan olduğu gibi üstüne DSC yerleştirin. Basınç uygularken conta bölümünde 1.4.3 gibi, yumuşatır ve yapıştığı kadar tekrar, cihazı ısıtın. Bu tertibat, Şekil 1 'de gösterilmiştir.
1.5. Kaviteler Dolum
- 0.1M Lil, 0.6 M 1,2-dimetil-3-propylimidazolium iyodür ve methoxypropionitrile içinde 0.05 M iyot bir elektrolit çözeltisi hazırlanır.
- Karşı elektrot yukarı bakacak, ekli vakum tüp ile küçük bir plastik kap içinde yerleştiriniz.
- Deliğin üzerine elektrolit solüsyonu ve üstte bir cam parçasının bir damla koyun. Boşluğuna elektrolit çekecek olan bırakmadan önce, DSC boşluğundan havayı çıkarmak için bir kaç saniye için vakum uygulayın.
- Bir alüminyum folyo üzerine sıcak eriyik ile lamine conta malzemesi contaları hazırlayın. Bir ocak, GASK bu bırakınve maddi tarafı yukarı. ~ 5 saniye boyunca conta malzemesine karşı presleme düzeni tarafından sızdırmaz daha sonra, iyice karşı elektrot arkasını temizleyin.
- Pd boya 0.6 mM eriterek TTA-UC çözüm hazırlayın (tetrakis(3,5-di-tert-butylphenyl)-6'-amino-7'-nitro-tetrakisquinoxalino[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-porphyrinato) paladyum (II)) ile benzen içinde 22 mM rubrene. İyice üç sıvı azot dondurma-pompası-ergime çemberi kullanılarak bu çözüm havasını.
- Bir torpido gözü içerisindeki kılcal güçleri onu üzerinden çizmek için izin, geri boşluğuna TTA-UC çözüm tanıtmak. Dolunca, bir kez daha iyice yüzeyini temizlemek ve alüminyum destekli conta malzemesi başka bir parça kullanılarak mühür.
2. Ölçüm
2.1. Elektrik İletişim
- Maruz F lehim uygulamayın: sonik havya ve uygun lehim kullanarak çalışan ve elektrotlar SnO 2. Normal lehim kullanarak anot için teller ve katot takın.
- UV kenarlarını açmak için iyileştirilebilir epoksi uygulayın.
Not: Bu, oksijen giriş ve çözücü buharlaştırma karşı cihazın ikinci bir kapsülleme olarak hizmet yanı sıra, cihaz, bilhassa da tel bağlantı sağlamlığını artırmak için yapılır. - Bir terminal bloktan bir açık uçlu BNC kablosu için anot ve katot tel takın.
2.2. IPCE Ölçme Ayarları
- Şekil 2'de şematik olarak gösterilmiştir kurulumu kullanarak, bir hücre tutucuya entegre cihazı monte edin.
- Ayarlanabilir montaj üzerinde bir ayna aracılığıyla bir 670 nm sürekli dalga lazer ışınının ('pompa ışın') ile entegre aygıtta (~ 2 mm × 1 mm) bir bölümünü aydınlatmak.
- ('Prob ışın') tutarsız yarı-monokromatik ışık ile entegre TTA-UC DSC aydınlatmak, bir Xe lamba kullanılarak oluşturulan 405 nm longpass filtresi aracılığıyla ilk geçti, sonra bir Chopper 29 Hz, monokromotor, (bir ~ 4% ışın ayırıcı olarak kullanılır) açılı bir cam slayt ve bir parabolik ayna çalışan çark. Olay, incelenen pervane DSC aktif tabakayı sadece UC tabaka aydınlatmak etmez böyle bir açıda olduğunda pompa kiriş, heyecan verici bir UC tabakası ile TTA-UC katmanındaki bir arka plan üçlü popülasyonunu üretmek.
- Ayarlanabilir ayna monte kullanarak TTA-UC katmanda pompa ve sonda kiriş hizalayın. Dinamik bir sinyal toplama aygıtı, akım amplifikatörü ve ev kontrol yazılımı kullanılarak, 5 nm artışlarla görülebilir spektrumda bulunan tarandığında probu tarafından üretilen kısa devre akımı ölçün.
- Aynı zamanda, bir güç ölçer ve sinyal veri toplama cihazına beslenen analog çıktısıyla birlikte bir foto diyot ile cam slayt yansıyan prob ışınının kuvvet değişimini kaydedin. Yazılım prob değişim ile cihazdan J SC düzeltin.
- Hafif ayarlanabilir ayna kullanarak pompa ışını yerini montaj, bu sayede kalınlık artmakta sistemi kirişe bitişik cihazın aktif tabakayı vurur. Kaymış pompa ve sonda kiriş ile ölçümü tekrarlayın.
- Gürültü oranı daha iyi bir sinyal için aynı konumlarda hizalama ve iyi hizalanmadığı ölçümlerin altı setleri kaydedin.
- 670 nm bilinen yayınlar ile pompa ışın farklı nötral yoğunluk filtreleri koyarak pompa ışın yoğunluğunu azaltmak ve yoğunluklarına bir dizi için 2.2.7 için adımları 2.2.4 tekrarlayın.
- Aktif pompa ışın kaynağı olmaksızın tümleşik aygıt J SC ölçün.
- Örnek pozisyonuna yerleştirerek fotodiyot fotodiyot tarafından üretilen akım ile ilgili olarak DSC sistemi güç olayı ölçün.
- Iletim spektrumunu T DSC elde etmek için UV Görünür Spektrofotometre kullanılarak kaldırıldı UC odası ile çalışılan cihazın iletimini ölçün.
NOT: Bu dönüşümlü adımları 1.4 ve 1.5 arasında yapılabilir.
- (Bölüm 2.2.10 olarak tarif edilmiştir) fotodiyot ve güç ölçer kullanılarak, her bir ikinci filtreleme durum için DSC pozisyonda pompa ışın gücünü ölçmek.
- TTA katman deney sırasında nerede eşdeğer bir pozisyonda ızgara kağıt parçası yansıtılıyormuş pompa ışınının bir fotoğrafını alın. Kamera dedektör doymasını önlemek için gerekli sert bir şekilde ışını zayıflatır. Pompa nokta boyutunu belirlemek için bu görüntü ve görüntü analizi yazılımı kullanın.
3. Veri işleme
3.1. 1 nm Artımları'ndan Tüm Veri interpolate.
3.2. IPCE Belirlenmesi
- Prob fotodiyod (I) tarafından üretilen akım, güç ve ölçülen elektrik yükü (q) 'den entegre donatımı üzerine gelen foton akısı (φ) hesaplayınız:
- Devi dönüştürülen elektron verimliliği hücre olay foton (IPCE 0) hesaplayınPompa aydınlatma ve prob akı olmadan J SC ölçümünden ce.
- Pompa ve sonda hizalanmış ve yukarı-çevirici aktive göreli donanımlar elde etmek hizadan ile ölçümler arasındaki oranları alın.
- Güneş konsantrasyon faktörü belirlenmesi
- Σ, soğurma bölümüne hassaslaştırıcının sönüm katsayısı dönüştürün.
- Her dalga boyunda güneş spektrumundan DSC, geçirgenlik ve hassaslaştırıcı (σ) foton akış yoğunluğu ürünlerinin alarak ve toplanmasıyla standart AM1.5G güneş spektrumu, (k φ) kapsamında hassaslaştırıcının uyarma hızını elde edilir duyarlaştırıcıdan Q-bandı emilimi genelinde ürünleri, tipik olarak 600 nm ila 750 nm.
- Pompa kaynağı, farklı nötral yoğunluk filtreleri ile pompanın foton akı yoğunluklarının yetkileri ve spot boyutu, hesaplayın. Daha sonra akı yoğunluklarının ürünleri, DSC iletimi ve hassaslaştırıcı de sunar670 nm pompa uyarma oranları elde etmek.
- AM1.5G koşullar altında uyarma hızı pompa hızının tahrik oranı, güneş konsantrasyon faktörü (ʘ) hesaplayın.
3.3. Montaj Modeli ve Merit Tespiti Figürler
- Göreceli donanım = 1 + sabit × [(σ σ prob × pompa) / (σ pompa + σ sonda)] × (T DSC / IPCE 0) deneysel geliştirme sonuçlarının üzerine, σ pompa ve σ sonda modeli Fit Pompa ve prob dalga boylarına göre enine kesitleridir; σ pompa her pompa yoğunluğu için sabittir ve σ prob dalgaboyuna bağlı olarak değişir.
- IPCE UC ve IPCE 0 ve güneş akı densit arasındaki farklardan üst değiştirme etkisi (ΔJ SC) elde J SC geliştirme tahminY.
- TTA-UC düşük uyarım yoğunlukta güç girişi üzerinde bir kuadratik bağımlılığı beri, güneş konsantrasyon faktörünün karesi ile ΔJ SC normalize ederek FOM hesaplayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekiller 3A - etkisi aşağıda daha ayrıntılı olarak ele D ekran geliştirmesidir tepkileri, farklı ölçüm koşulları altında ölçülmüştür. Ham akım yoğunluğu donanımlarının bakıldığında Şekil 4A ve 4B 'de gösterilen sonuçlar tepe akımı geliştirme ve aktif tabaka boyunca nakil ile zayıflatılmış hassaslaştırıcının absorpsiyon spektrumu, tam uyan IPCE artmasıyla birlikte, upconversion için sorumlu olduğu açık olmalıdır DSC.
Pompa lazer ışını eğimlendirme tarafından sunulan ölçüm sonuçları engellemek amacıyla, Şekil 2'de şematik olarak gösterilmiş olan sonda kiriş daha büyük bir açı ile UC tabaka varmak için ayarlanmıştır. Şekil 4A, önemli bir ağırlık verme etkisi olmadan iki artımını göstermektedir Şekiller 4C ise ve 4D bu sorundan etkilenir. Doğru alignme neticesiölçümlere noktasının J SC farkı 675 nm 'de bir absorpsiyon tepe noktasına sahip olan hassasiyetini emme özelliğini yansıtan Şekil 4A'da gösterilmiştir. Yanı sıra hassasiyetini ve aygıtının saydam bölgenin emme bölgesinden, J-SC farkı gürültü gömülür.
, Görülebilir spektrumun kırmızı sonunda entegre cihazın önemli bir nispi IPCE geliştirme Şekil 4C'de gözlenebilir. Bununla birlikte, hizalanmış ve yanlış hizalanmış J SC ölçümleri arasındaki farkı göstermektedir, Şekil 4C parça, hassaslaştırıcının spektral özelliği yansıtmaz. Pompa ve prob hizalaması tüm görülebilir spektrumda bulunan hücre performansını arttırmak için görünmektedir ve geliştirme nedeniyle lazer 30 ağırlık verme için, cihazın genel performansını da arttırmaktadır kapan doldurma geldiğini göstermektedir.
Ver için siparişşüphe ify, entegre cihazı UC bölmesi boş (Şekil 4D) bırakılması haricinde benzer bir cihaz ile değiştirildi. Aynı deney koşulları altında, geliştirme görülebilir spektrumda bulunan bulunmuştur. Bu önceki geliştirme etkisi lazer eğilimlendiren yerine TTA-UC geliyor doğruluyor. Lazerin bir bölümünün tekrar cihaza dağılmış olduğundan TTA-UC çözüm olmadan cihazın durumunda, itme etkisi daha da önemlidir.
Şekil 5, Şekil 4A ve 4B'de gösterilen sonuçlar genişletmektedir. Bu durumda, pompa ışınının ışık yoğunluğu 27 6 ʘ ayarlanmıştır. ΔJ SC (güç yasası 2,02 sığacak) beklenti başı olarak, ışık yoğunluğunun kare ile ölçeklendirme görülmektedir. Bu nedenle, bu ölçütü TTA-UC sistemi bimoleküler işlemler ile sınırlı olduğunu göstermektedir, ışık yoğunluğu bağımsız olduğu görülmektedir.
: Keep-together.within-page = "her zaman"> 
Animasyon 1:. Üçüz-üçüz imha fotonun şematik çalışma yukarı dönüşüm TiO2 içine D149 boya ve sonraki elektron enjeksiyon aydınlatma sonuçlanan PQ4PdNA hassasiyetini ve rubrene yayıcı ile bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 1. Cihaz konfigürasyonu önce, sıvı bileşenlerin verilmesi gerekmektedir. Katmanlar bir araya konulacağı ve conta katmanları yumuşatmak için ısı uygulaması ile kapatılır."> Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil geliştirme ölçüm 2. Ayar. Entegre cihaz, beyaz bir ışık kaynağı (lazer güdümlü lambası) ikinci modüle edilmiş tutarsız monokromatik ışık ile ışımaya tutulmakta, bir monokromatör geçirildi ve achromatically bir eksen-dışı parabolik ayna tarafından numune üzerine odaklanmıştır. Bir güç ölçere bağlı bir fotodiyot tarafından prob ışık cam filtre (kiriş yarıcı) ile bölünmüş ve yansıyan prob ışığı tespit edilir. Entegre cihazın TTA-UC tabaka TTA-UC geliştirme etkisi zayıf monokromatik ışın ile sondalanabilir izin vermek için arka plan üçüz üretilmesi için bir 670 nm aralıksız dalga lazer (pompa) tarafından sürekli olarak karakterize edilir. Aygıttan çıkış akımı bir yükseltici ve ölçme işlemi vasıtasıyla beslenirred kilit-amfiden. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Yanıtı fark onaylar (A) göreceli IPCE geliştirme (col (Bağlantısızlar) / col (hizadan) ve yanıt farkı (col (Bağlantısızlar) -COL (hizadan) hizalanmış altı ve altı hizadan ölçümlerden ortalama. Şekil 3. Temsilcisi verileri geliştirme şekli spektral hassasiyetini ve (B) mevcut nispi geliştirme modelinin Q-bandı emme ile eşleşmektedir IPCE iyileştirmenin spektral şekli, yukarıya dönüştürücü arasında hassasiyetini hasat alt bant boşluklu bir ışık (daha önce tarif edilen 31) deri tarafından deneysel IPCE geliştirme eğri üzerinest-kareler uydurma. Bu model, hücre geçirgenliği, orijinal hücre IPCE (pompa yok) ve prob ve pompa karşılık gelen kaynak hassasiyetini soğurma bölümü içerir. Modellenen geliştirme eğrisi böylece TTA-UC ve FoM oluşturulan ek kısa devre akımını hesaplamak için kullanılır. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
(27 ʘ altında) Şekil 4. IPCE geliştirme İçerlek gösteren veriler için göreceli IPCE geliştirme iz (A) modellenmiştir (A) doğru kaymalar ölçümü ile entegre bir cihaz (iç ham yanıt kazanç gösteren), (B) izleri Cihaz wi ham akım tepki eğrileriPompa ve prob metni (d) de tarif edilen, bir ölçme dışlayıcı ile sonuçlanan, aktif elektrot üzerinde aynı yerde aynı hizada olacak şekilde bu hariç inci pompa ve sonda kiriş hizalanmış ve yanlış hizalanmış (C), (A) 'da anlatılanla aynı aygıt ayrıca ham yanıt kazanç gösteren insetle bu ölçüm sorunu vurgulayarak (C) göre ölçülen boş UC odası ile eş cihaz,. bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Güneş Konsantrasyon faktörünün entegre cihazın Şekil 5. FoM bağımlılık. Ankastre hesaplanan akım kazancı hem eksenleri ile TTA-UC (ΔJ SC) bağımlılığını gösterirlogaritmik bir ölçek.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokol kadar dönüşüm geliştirilmiş DSC ve ayrıntılı doğru böyle bir cihaz ölçmek için nasıl foton elde etmek için bir araç sağlar. Beklenen ΔJ SC iyileştirmeler basit hesaplama 1 güneş de dahil olmak üzere farklı ışık şiddetlerinde beklenen için FoM sağlar. Sistem kendi doyma eşiği 33 altında olduğunda Burada gösterilen değerler beklenti başı olarak, ışık şiddeti (Şekil 4 ek) ile değişmez vardır. FOM ile, kolayca karşılaştırılmasını sağlar TTA-UC veya diğer lineer olmayan UC süreçlerinin geliştirilmesi etkisini standardize edebilirsiniz.
Bu çalışmada elde FoM değerleri DSC'lerde için bildirilen FOMS arasında en yüksek olmalarına rağmen, ticari faiz hala uzağız (~ 1 mA ∙ cm -2 ʘ -2). Buna ek olarak, bu ölçek geliştirmeleri ölçmek için sorunlu olabilir. (Özellikle Şekil 3C ve 3D) Bu raporda thpompa ışın (biraz) beklenmedik soruna neden nerede yanlış ölçüm tekniği e tehlikeler, gösterilir. O (Şekil 3D gösterildiği gibi) kontrol deneyleri yapılmaktadır ve koşullar buna göre modifiye çok önemlidir herhangi bir belirsizlik varsa, bu sorun ancak, DSC'lerde özgü olabilir.
TTA-UC performansını kısıtlayan bir kaç sınırlayıcı faktörler vardır. Her şeyden önce damlatıcının üçlü bozunma oranı, rubrene (~ 8000 sn-1 34), 1 ʘ aydınlatma (6.8 sn-1) kapsamında hassaslaştırıcının uyarma hızı çok daha hızlı olmasının yanı sıra, bir rubrene TTA oranı üçüz sadece ~ 1 × 10 8 M -1 sn -1, yaygın organik çözücüler 35 içinde rubrene difüzyon sınırının altında üç büyüklük emreder. Bunun sonucu üçüz rubrene çoğunluğu TTA gerçekleştirmeden önce zemin durumuna çürükleri olduğunu.
Amacıyladuyarlaştırıcıdan konsantrasyonunu artırarak, üçlü konsantrasyonu artırmak için deneyebilirsiniz TTA kimse önce Unimolecular çürümesine geçiren rubrene üçüz miktarını azaltır. Ne yazık ki, çözelti içinde porfirinler yüksek konsantrasyonlarda topaklaşma eğilimi ve sensitizör sensitizör TTA yer alabilir. Bu sorunların üstesinden gelmek olası bir çözüm inorganik nanoparçacık yüzeyler 36 üzerine sensitizörlere takmaktır. Gibi (nispeten) immobilize sensitizörün örneğin yüksek konsantrasyonda düşük kendini söndürme ile yerleştirilebilir ve etkili TTA için mevcut üçüz lokal konsantrasyonunu artırır.
(- 700 ila 600 nm) porfirinin Q-bandı soğurma DSC hazmetme başlangıcı ile örtüşmektedir Bu çalışmada kullanılan ve hassasiyetini, bağlı DSC için ideal değildir. Bu nedenle üçlü konsantrasyonu ve bu nedenle foton akısı bağlıdır Yeterliliği TTA-UC için kullanılabilir iletilen ışık kaybı olmaz. Biz daha signi ölçmek için bekliyoruzBu çalışmada kullanılan benzer sistemler arası geçiş verim ile yakın enfraruj emen bir derin duyarlılaştırıcıyla lerinin ise bir donanım. Böyle bir sistem karakterize edildiğinde eğer FoM, karşılaştırma uygun bir metrik sunuyor.
Burada kullanılan boya, D149 gibi N719 ya da "siyah boya" olarak DSC için mevcut en iyi performans organik boyaların, ancak diğerleri arasında olduğunu ileri kırmızı-kaymıştır absorpsiyon 3 sergilenir var. Dalga boylarında Q-bandı massedilen ile bu cihazlar, uygun porfirinler geliştirmek için TTA-UC için için daha büyük 900 nm yarattı gerekir. Diğer taraftan, bugüne kadar ve en yüksek DSC verimi sadece marjinal Burada kullanılan boya için başlangıç ötesinde, mil 730 ~ 37 bir emme etki ettiği bulunmuştur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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
- O'Regan, B., Grätzel, M. A low-cost, high-efficiency solar-cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature. 353, 737-740 (1991).
- Grätzel, M.
- Hagfeldt, A., Boschloo, G., Sun, L., Kloo, L., Pettersson, H.
- 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).
- 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).
- 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).
- Daeneke, T., et al. Dye Regeneration Kinetics in Dye-Sensitized Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134 (41), 16925-16928 (2012).
- Green, M. A. Third Generation Photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion. , Springer. New York, NY. Series in Photonics (2003).
- 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).
- Nattestad, A., et al. Highly efficient photocathodes for dye-sensitized tandem solar cells. Nat. Mater. 9 (1), 31-35 (2010).
- Nattestad, A., et al. Dye-Sensitized Solar Cell with Integrated Triplet-Triplet Annihilation Upconversion System. J. Phys. Chem. Lett. 4 (12), 2073-2078 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Parker, C. A., Hatchard, C. G. Delayed Fluorescence from solutions of Anthracene and Phenanthracene. P. R. Soc. London. 269, 574-584 (1962).
- 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).
- Singh-Rachford, T. N., Castellano, F. N. Photon Upconversion Based on Sensitized Triplet-Triplet Annihilation. Coordin. Chem. Rev. 254, 2560-2573 (2010).
- Baluschev, S., et al. Up-Conversion Fluorescence: Noncoherent Excitation by Sunlight. Phys. Rev. Lett. 97, 143903 (2006).
- Ceroni, P. Energy Up-Conversion by Low-Power Excitation: New Applications of an Old Concept. Chem. Eur. J. 17, 9560-9564 (2011).
- 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).
- 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).
- Simon, Y. C., Weder, C. Low-Power Photon Upconversion through Triplet-Triplet Annihilation in Polymers. J. Mater. Chem. 22, 20817-20830 (2012).
- 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).
- Cheng, Y. Y., et al.
- 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).
- Baluschev, B., et al. Upconversion with ultrabroad excitation band: Simultaneous use of two sensitizers. Appl. Phys. Lett. 90, 181103 (2007).
- Borjesson, K., et al. Photon upconversion facilitated molecular solar energy storage. J. Mater. Chem. A. 1, 8521-8524 (2013).
- 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).
- Dominici, L. Dye-Sensitized Solar Cells: Basic Photon Management Strategies. Solar Cells - Dye-Sensitized Devices. Kosyachenko, L. A. , InTech. 291 (2011).
- Schulze, T. F., et al. Photochemical Upconversion Enhanced Solar Cells: Effect of a Back Reflector. Aust. J. Chem. 65 (5), 480-485 (2012).
- 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).
- 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).
- Lewitzka, F., Löhmannsröben, H. G. Investigation of Triplet Teracene and Triplet Rubrene in Solution. Z. Phys. Chem. 150, 69-86 (1986).
- 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).
- MacQueen, R. W., et al. Nanostructured upconverters for improved solar cell performance. Proceedings SPIE. 8824, 882408-882409 (2013).
- Yella, A., et al. Porpyrin-sensitized Solar Cells with Cobalt (II/III)-based redox electrolyte exceed 12 percent efficiency. Science. 334, 629-634 (2011).
