Summary
Dispositif intégré, comportant une cellule et triplet-triplet solaire annihilation up-conversion d'unité à colorant a été produit, ce qui donne une meilleure exploitation de la lumière, à partir d'une section plus large du spectre solaire. Compte tenu des niveaux d'irradiation modestes une réponse grandement accrue de photons de basse énergie a été démontrée, ce qui donne un chiffre record de mérite pour les cellules solaires à colorant.
Abstract
Le faible taux de réponse des cellules solaires à colorant (CDD) à la lumière rouge et infrarouge est un obstacle important à la réalisation de photoélectriques plus élevés et l'efficacité donc plus élevés. Photon up-conversion par voie de triplet-triplet annihilation (TTA-UC) est une technique intéressante pour l'utilisation de ces photons de basse énergie qui serait autrement perdue pour produire photoélectrique, tout en n'interférant pas avec la performance photoanodic d'une manière délétère. Suite à cela, le TTA-UC a un certain nombre de fonctions, distinct des autres photons conversion technologies mises rapportées, ce qui le rend particulièrement adapté pour un couplage avec la technologie de DSC. Dans ce travail, un système performant TTA-UC prouvé, comprenant un sensibilisateur palladium de porphyrine et émetteur rubrène, est combiné avec un DSC haute performance (en utilisant le D149 de colorant organique) dans un dispositif intégré. L'appareil affiche une meilleure réponse à la lumière sous-bande interdite sur la plage de l'absorption de la sous-unité TTA-UC résultant dans la plus haute figure de mérite pour up-conversion assistée performances de DSC à ce jour.
Introduction
Cellules solaires à colorant (CDD) ont été proclamés comme un concept prometteur dans la collecte de l'énergie solaire abordable 1-3. En dépit de cet enthousiasme, commercialisation généralisée est encore à venir. Un certain nombre de raisons ont été avancées pour cela, avec un problème urgent étant l'énergie relativement élevée de l'apparition d'absorption, ce qui limite l'efficacité réalisables lumière de la récolte de ces dispositifs 4. Bien que cela peut être surmonté, en abaissant le début d'absorption est généralement accompagnée par une baisse de la tension en circuit ouvert, qui érode de façon disproportionnée des gains de densité de courant 5, 6.
Le fonctionnement général de DSC implique le transfert d'électrons à partir d'un colorant photoexcitée à un semi-conducteur (en général du TiO 2), suivie de la régénération du colorant oxydé par un médiateur d'oxydoréduction. Ces deux processus semblent exiger forces motrices importantes (potentiel) afin de procéder avec une grande efficacité 7 4 bandes (efficace).
Afin de surmonter le problème de la récolte lumière élevée au-dessus, un certain nombre d'approches ont été prises. Cela comprend la «troisième génération» 8 approches de structures en tandem 9, 10 et photons conversion ascendante 11-14.
Récemment 11 nous avons comptabilisé un dispositif intégré composé d'une électrode DSC de travail et comptoir, avec une annihilation triplet-triplet à base d'up-conversion (TTA-UC) système incorporé dansà la structure. Cet élément TTA-UC a pu récolter lumière rouge transmise à travers la couche active et la convertir chimiquement (comme décrit en détail ci-dessous) pour les photons de l'énergie qui peut être absorbée par la couche active de la DSC et générer un photocourant. Il ya deux points importants à noter à propos de ce système. Tout d'abord, TTA-UC présente de nombreux avantages potentiels par rapport aux autres systèmes de photons conversion ascendante 11; d'autre part, il démontre une architecture possible (la preuve de principe) pour l'incorporation de TTA-UC, qui avait été absente de la TTA-UC littérature jusqu'à ce point.
Le procédé de la TTA-UC 15-24 implique l'excitation de molécules sensibilisatrices '", dans ce cas des porphyrines de Pd, par de la lumière avec une énergie inférieure à l'énergie déclenchement de l'appareil. Les sensibilisateurs singulet excité subissent croisement intersystème rapide de l'état triplet plus basse énergie. De là, ils peuvent transférer de l'énergie à un état fondamental triplet acceptant 'émetteur & #8217; espèces telles que le rubrène, tant que le transfert est autorisé par l'énergie libre 25. Le premier état triplet de rubrène (T 1) est supérieure à la moitié de l'énergie de son premier état singulet excité (S 1), mais moins de la moitié de l'énergie du T 2, ce qui signifie que d'un complexe de rencontre de deux rubrenes triplet excité peut anéantir d' donner une molécule singulet excité d'émetteur (et l'autre dans l'état du sol) avec une probabilité assez élevée. D'autres Etats, statistiquement prévisibles, sont les plus susceptibles énergie inaccessible pour rubrène 26. La molécule de singulet excité rubrène peut alors émettre un photon (comme par fluorescence) avec une énergie suffisante pour exciter le colorant sur l'électrode de travail de la DSC. Ce processus est illustré dans une animation.
TTA-UC offre un certain nombre d'avantages par rapport à d'autres systèmes de communications unifiées, comme une bande d'absorption large et la nature incohérente 27, 28, ce qui en fait une option attrayante pour coupling par DSC (ainsi que OPV). TTA-UC a été démontré d'exploitation relativement faibles intensités lumineuses et dans des conditions d'éclairage diffus. Sont à la fois DSC et VPO plus efficace dans le régime de l'intensité lumineuse faible. Concentration solaire est coûteuse et ne se justifie que pour le rendement élevé, des dispositifs de coûts élevés. La performance relativement élevé des systèmes TTA-UC dans des conditions de faible éclairage d'intensité est attribuable au processus impliquant chromophores sensibilisant avec des bandes d'absorption forte, large, de concert avec les États triplet à long terme qui sont capables de diffuser dans l'ordre d'entrer en contact avec des espèces en interaction . En outre, TTA-UC a été constaté que l'efficacité intrinsèque élevée à partir d'une étude cinétique 26.
Bien TTA-UC fonctionne à faible intensité de la lumière, il ya toujours une relation quadratique entre l'intensité de la lumière incidente et la lumière émise (au moins à de faibles intensités lumineuses). Cela est dû à la nature du processus bimoléculaire. Pour tenir comptepour cela et les conditions expérimentales variées (en particulier de l'intensité lumineuse) déclarés par les différents groupes, une figure de système de mérite (FOM) doit être utilisé pour mesurer l'amélioration de la performance offerte par la conversion ascendante. Cette FoM a été définie comme écart DJ SC / ʘ, où écart DJ SC est l'augmentation du courant de court-circuit (généralement déterminé par l'intégration de la Photon incident pour charger efficacité Carrier, IPCE, avec et sans l'effet de la conversion ascendante) et ʘ est le solaire efficace concentration (sur la base du flux de photons dans la région en question, qui est la bande d'absorption Q du sensibilisateur) 29 2.
Ici, un protocole pour la production et correctement caractériser un dispositif DSC-TTA-UC intégrée est rapporté, en accordant une attention particulière aux pièges potentiels dans les tests de l'appareil. On espère que cela servira de base à la poursuite des travaux dans ce domaine.
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Protocol
1. DSC Fabrication
1.1. Électrode de travail Préparation
- Nettoyer une feuille entière de SnO 2: F verre revêtu (110 mm × 110 mm × 2,3 mm, <8 Ω / □) par ultrasons successivement dans de l'eau savonneuse, puis de l'acétone et enfin l'éthanol (10 minutes chacun).
- Déposer une couche dense de TiO 2 en suivant les étapes ci-dessous:
- Verre à sec utilisant comprimé verre de l'air et de la chaleur à 450 ° C sur plaque chauffante (conducteur vers le haut).
- Diluer le diisopropoxyde de titane bis (acétylacétonate) (75% en poids dans de l'isopropanol) avec de l'éthanol dans un rapport de 1: 9.
- Pulvériser la solution diluée sur le verre chauffé à une distance d'environ 100 mm, avec cinq pulvérisations à travers la feuille de verre.
- Vaporiser un tour en 10 sec pour 12 tours.
- Gardez verre à 450 ° C pendant encore 5 min, avant d'éteindre la plaque chauffante. Laissez le verre sur une plaque chauffante et laisser refroidir lentement à température ambiante.
- Placez le verre surla table d'impression de l'écran (une fois de plus conductrice vers le haut). Insérez écran et aligner modèle de verre. Ajouter TiO 2 pâte à l'écran et d'imprimer une ou deux couches. Si le dépôt de deux couches, enlever la plaque de verre de l'imprimante entre les impressions, couvrir et laisser reposer pendant environ 5 min, puis la chaleur à 125 ° C pendant 10 minutes avant de retourner à l'imprimante pour imprimer une couche suivante.
- Une fois l'impression finale est faite terme un programme de frittage complet. Chauffer les électrodes à 150 ° C à 12,5 ° / min, tenir 10 minutes, puis à 325 ° C à 11,7 ° / min, tenir 5 minutes, puis à 375 ° C à 10 ° / min, tenir 5 minutes, puis à 450 ° C à 10,7 ° / min, 30 min et maintenir finalement à 500 ° C à 10 ° / min, maintenir 15 min. Refroidir lentement à température ambiante après cela.
- Coupez la plaque de maître en électrodes individuelles en s'assurant qu'il ya suffisamment d'espace autour du film imprimé pour le joint à appliquer après. Retirez tous les éclats de verre à l'aide d'air comprimé.
- Plonger les électrodes dans une mM TiCl4 20
- Une fois refroidi en dessous de 100 ° C, de plonger les électrodes dans une solution de colorant de 0,5 mM. Dans ce cas, utiliser, D149 dans l'acétonitrile: tertbutanol (1: 1).
- Après la teinture O / N enlever les électrodes et les rincez vigoureusement dans l'acétonitrile pour ~ 30 sec ce qui permet alors de s'asseoir pendant encore 30 secondes. Retirer les électrodes du bain de rinçage et de l'air comprimé sec.
1.2. Contre Préparation de l'électrode
- Couper une autre feuille de 2,3 mm SnO 2: F verre en 18,3 mm × 27,5 mm morceaux.
- Plongez contre-électrode dans l'eau et percer un petit trou dans le coin (φ = 1 mm, 2,5 mm de chaque coin) à utiliser comme un orifice de remplissage, en utilisant un diamantée fraise dentaire monté dans un petit foret de banc.
- Nettoyer contre-électrode conformément à l'article 1.1.1
- Contre-électrode à sec et le placer sur une tuile avec conducteur vers le haut. Appliquer une goutte de solution d'acide platinique (H 2 PtCl 6, 10 mM dans l'éthanol) et réparties à l'extrémité d'une pipette. Placer le carreau sur préchauffé (400 ° C) plaque de cuisson pendant 15 min. Après ce temps, retirez le verre et la tuile et laisser refroidir sur un banc.
1.3. Réflecteur
- Coupez un morceau de verre non conducteur de 2 mm à 18,3 mm x 27,5 mm et percer deux trous dans les coins adjacents sur le bord long, en utilisant la même technique que pour la contre-électrode (section 1.2.2).
- Nettoyez le verre, une fois en utilisant le même protocole que ci-dessus (1.1.1)
- Tape le verre propre et sec pour le banc sur trois côtés avec du ruban adhésif à faible résidu. Appliquez une goutte de Al 2 O 3 de pâte (2,0 g de 0,3 um Al 2 O 3, 2 ml colloïdales Al 2 O 3 + 1 ml d'éthanol) et tirer vers le bas avec une baguette de verre.
- Laisser sécher le film, enlever le ruban adhésif et sinter de verre à 500 ° C pendant 30 min.
1.4. Assemblée de l'appareil
- Coupez deux lots de joints adhésifs thermofusibles.
REMARQUE: La première, pour le DSC, est de 25 um d'épaisseur et a des dimensions internes de 17 mm x 8 mm et des dimensions extérieures de 21 mm × 12 mm. La seconde, pour la chambre de la conversion ascendante, utilise un matériau de joint de 60 um doublé au cours de donner 120 um d'épaisseur. Une fois replié, ce joint a des dimensions internes de 17 mm × 21 mm et des dimensions extérieures de 21 mm × 25 mm. - Placer le premier joint d'étanchéité dans l'angle de la contre-électrode, en assurant l'orifice de remplissage est accessible. Placer l'électrode de travail au-dessus de cela, de telle sorte que la zone imprimée est entièrement à l'intérieur du joint d'étanchéité, et d'obtenir une bonne étanchéité.
- Déplacer cette assemblée à une plaque de cuisson (120 ° C) et appliquer une pression jusqu'à adoucit et fond joints, qui peuvent être observés visuellement que les mouille joint les surfaces de verre. Retirer l'ensemble et laisser refroidir.
- Lieudeuxième joint sur le réflecteur, assurant encore une fois orifices de remplissage ne sont pas couverts. Passer DSC au-dessus de telle sorte que la zone imprimée est directement en face du réflecteur d'alumine imprimé. Dispositif chauffer une fois de plus tout en appliquant une pression, jusqu'à ce que le joint se ramollit et adhère, comme dans la section 1.4.3. Cet ensemble est représenté sur la figure 1.
1.5. Le remplissage des cavités
- Préparer une solution d'électrolyte de 0,1 M Lil, 0,6 M de 1,2-diméthyl-3-propylimidazolium iodure et 0,05 M d'iode dans méthoxypropionitrile.
- Placer le dispositif dans un petit récipient en plastique avec un tube à vide joint, avec la contre-électrode faisant face vers le haut.
- Mettre une goutte de la solution d'électrolyte au-dessus de l'orifice et une pièce de verre sur le dessus. Appliquez le vide pendant quelques secondes pour extraire l'air de la cavité DSC, avant de le relâcher, ce qui va attirer l'électrolyte dans la cavité.
- Préparer les joints d'étanchéité par stratification d'un matériau de joint d'étanchéité à l'état fondu à chaud sur une feuille d'aluminium. Laissez-les sur une plaque de cuisson, gasket côté matériel haut. Nettoyez l'arrière de la contre-électrode à fond, puis sceller par le dispositif en appuyant sur le matériau d'étanchéité pour ~ 5 sec.
- Préparer la solution TTA-UC en dissolvant 0,6 mM de Pd colorant (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)) et 22 mM de rubrène dans le benzène. Purger cette solution avec de l 'azote liquide trois cycles de gel-dégel-pompe.
- L'intérieur d'une boîte à gants, introduire la solution TTA-UC dans la cavité arrière, permettant aux forces capillaires de tirer à travers. Une fois pleine, une fois de plus nettoyer soigneusement la surface et sceller en utilisant un autre morceau de matériau d'étanchéité en aluminium soutenu.
2 Mesure
2.1. Contacts électriques
- Appliquer la soudure à F exposée: SnO 2 de travail et une contre-électrode en utilisant le fer à souder et de la soudure sonique approprié. Raccordez les fils à anode et la cathode à l'aide de soudure normale.
- Appliquer UV époxy durcissable à ouvrir bords.
NOTE: Ceci est fait pour servir encapsulation secondaire de l'appareil contre la pénétration de l'oxygène et de l'évaporation du solvant, ainsi que l'augmentation de la robustesse de l'appareil, en particulier la fixation de fil. - Fixez l'anode et de la cathode fil à un câble BNC ouvert par un bornier.
2.2. Configuration IPCE mesure
- Utilisation de l'installation représentée schématiquement sur la figure 2, le dispositif de montage intégré sur un support de cuve.
- Éclairer une partie du dispositif intégré (~ 2 mm x 1 mm) avec un faisceau continu de 670 nm du laser d'onde (le faisceau de pompe ») par l'intermédiaire d'un miroir sur un support réglable.
- Eclairer l'intégré TTA-UC DSC avec incohérente lumière quasi-monochromatique (le «faisceau de sonde») généré à l'aide d'une lampe Xe, passé d'abord par un filtre passe-haut à 405 nm, puis une chopper roue des fonctionnant à 29 Hz, un monochromateur, une lame de verre inclinée (utilisé ici comme un diviseur de faisceau ~ 4%) et d'un miroir parabolique. Générer une population fond de triplet dans la couche TTA-UC en excitant la couche UC avec le faisceau de pompe, qui est incidente à un angle tel qu'il ne s'allume pas sondé le DSC couche active mais seulement la couche UC.
- Aligner la pompe et le faisceau de la sonde sur la couche TTA-UC en utilisant la fixation miroir réglable. Mesurer le courant de court-circuit généré par la sonde comme il est balayé à travers le spectre visible par incréments de 5 nm à l'aide d'un dispositif d'acquisition de signaux dynamiques, amplificateur de courant et un logiciel de contrôle interne.
- Enregistrer simultanément la variation de la puissance du faisceau de sonde réfléchi par la lame de verre avec un mesureur de puissance et une photodiode avec une sortie analogique introduit dans le dispositif d'acquisition de signaux. Corrigez le J SC de l'appareil par la variation de la sonde dans le logiciel.
- Déplacer le faisceau de pompage à l'aide du miroir légèrement réglable support, de telle sorte qu'il frappe la couche active du dispositif adjacent au faisceau de la sonde. Recommencer la mesure avec la pompe et sonde faisceau désaligné.
- Enregistrer six séries de mesures avec l'alignement d'alignement et dans les mêmes positions pour un meilleur rapport signal sur bruit.
- Réduire l'intensité du faisceau de pompe par la mise sur le faisceau de pompe différents filtres de densité neutre avec les transmissions connues à 670 nm, et répétez les étapes 2.2.4 à 2.2.7 pour une gamme d'intensités.
- Mesurer le dispositif intégré J SC sans la source de faisceau de pompage actif.
- Mesurer la puissance incidente de la sonde sur la DSC en termes de courant généré par la photodiode en plaçant la photodiode à la position de l'échantillon.
- Mesure de la transmission du dispositif étudié avec la chambre UC éliminé en utilisant un spectrophotomètre UV visible pour obtenir le spectre de transmission, T DSC.
Remarque: Il peut être effectué en alternance entre les étapes 1.4 et 1.5.
- Mesurer la puissance du faisceau de pompe à la position de DSC pour chaque condition de filtrage utilisée, à l'aide de la photodiode et un wattmètre (comme décrit au chapitre 2.2.10).
- Prenez une photo du faisceau de pompe en saillie sur un morceau de papier de la grille à une position équivalente à l'endroit où la couche TTA au cours de l'expérience. Fortement atténuer le faisceau si nécessaire pour éviter la saturation du détecteur de la caméra. Utilisez ce logiciel d'image et l'analyse d'image pour déterminer la taille de la place de la pompe.
3. traitement de données
3.1. Interpoler Toutes les données à 1 nm incréments.
3.2. Détermination IPCE
- Calculer le flux de photons (de φ) d'atteindre le dispositif intégré de l'alimentation de la sonde mesurée en courant généré par la photodiode (I) et la charge électrique (q):
- Calculer l'incident de la cellule photon à l'efficacité d'électrons converti (IPCE 0) de la deviCE de la mesure de SC J sans pompe illumination et le flux de la sonde.
- Prenez les rapports entre les mesures avec pompe et sonde alignée et mal alignées pour obtenir les améliorations relatives de l'activation de la mise à convertisseur.
- Détermination du facteur de concentration solaire
- Autre le coefficient d'extinction du sensibilisateur dans la section efficace d'absorption, σ.
- Obtenir le débit de l'agent de sensibilisation sous le spectre standard AM1.5G solaire, (φ k) d'excitation en prenant les produits de la densité du flux de photons dans le spectre solaire, la transmission de DSC et le sensibilisateur (σ) au niveau de chaque longueur d'onde, puis en additionnant l' produits à travers le sensibilisateur bande Q absorption, généralement de 600 nm à 750 nm.
- Calculer, à partir de la place des pouvoirs et la taille de la source de pompage, les densités de flux de photons de la pompe avec différents filtres de densité neutre. Ensuite, prendre les produits des densités de flux, de transmission de la DSC et la sensibilisant à670 nm pour obtenir les taux d'excitation de la pompe.
- Calculer le facteur de concentration solaire (ʘ) à partir du rapport des taux d'excitation de la pompe à la fréquence d'excitation dans des conditions AM1.5G.
3.3. Modèle d'assemblage et les figures de mérite Détermination
- Ajuster un modèle de l'amélioration par rapport = 1 + × constante (T DSC / IPCE 0) × [(σ pompe × sonde σ) / (pompe à σ + sonde σ)], sur les résultats d'amélioration expérimentales, où la sonde de la pompe à σ et σ sont des sections transversales par rapport aux longueurs d'onde de pompe et de la sonde; pompe de σ est fixé pour chaque intensité de la pompe et sonde σ varie en fonction de la longueur d'onde.
- Estimer l'amélioration dans J SC obtenue à partir de l'effet de conversion ascendante (écart DJ SC) des différences entre IPCE UC et IPCE 0 et la densit du flux solairey.
- Calculer la FoM en normalisant écart DJ SC par le carré de l'énergie solaire facteur de concentration, puisque TTA-UC a une dépendance quadratique entrée de puissance à faible intensité d'excitation.
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Representative Results
Les figures 3A - D d'amélioration des réponses mesurées d'affichage dans différentes conditions de mesure, avec les effets discutés plus en détail ci-dessous. A partir des améliorations de densité de courant premières il doit être clair que les résultats de la figure 4A et 4B sont attribuables à la conversion ascendante, à la mise en valeur de courant de crête et IPCE renforcement correspondant bien avec le spectre d'absorption du sensibilisateur, atténuée par la transmission à travers la couche active de l' DSC.
Afin d'éviter des artefacts de mesure introduites par laser de polarisation du faisceau de pompe a été réglée pour arriver à la couche UC à un plus grand angle de faisceau de la sonde, représenté schématiquement sur la figure 2. Figure 4A montre un rehaussement sans effet significatif de polarisation, tandis que les deux figures 4C et 4D sont affectées par ce problème. La conséquence de correct alignment sur la mesure est représenté sur la figure 4A, où la différence en J SC correspond à la propriété d'absorption du sensibilisateur qui a un pic d'absorption à 675 nm. En dehors de la région d'absorption du sensibilisateur et la région transparente du dispositif, la différence de J SC est noyé dans le bruit.
Un IPCE amélioration significative par rapport du dispositif intégré dans l'extrémité rouge du spectre visible peut être observé sur la figure 4C. Cependant, l'insert de la figure 4C qui montre la différence entre les mesures alignés et mal alignées SC J, ne reflète pas la propriété spectrale du sensibilisateur. L'alignement de la sonde et la pompe semble améliorer les performances de la cellule à travers la totalité du spectre visible et donne à penser que l'amélioration vient du piège de remplissage qui améliore la performance globale du dispositif, en raison de polarisation laser 30.
Afin de Verifier la suspicion, le dispositif intégré a été remplacé par un dispositif analogue, sauf que la chambre UC a été laissé vide (figure 4D). Dans les conditions expérimentales identiques, à l'amélioration a été trouvé dans le spectre visible. Il confirme l'effet de l'amélioration précédente vient de laser de polarisation au lieu de TTA-UC. Dans le cas de l'appareil sans solution TTA-UC, puisque la majorité du laser est réfléchie vers l'appareil, l'effet de polarisation est encore plus significatif.
Figure 5 développe les résultats représentés sur les figures 4A et 4B. Dans ce cas, l'intensité lumineuse du faisceau de pompage a été ajusté de 6 à 27 ʘ. Écart DJ SC est considéré à l'échelle avec le carré de l'intensité lumineuse, comme par l'attente (loi de puissance correspond 2.02). En tant que tel, l'ODM est considéré comme l'intensité lumineuse indépendante, ce qui suggère que le système TTA-UC est limitée par des processus bimoléculaires.
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Animation 1:. Fonctionnement Schéma de triplet-triplet annihilation de photons up-conversion avec PQ4PdNA sensibilisateur et rubrène émetteur, résultant dans l'illumination de colorant D149 et injection d'électrons ultérieure en TiO 2 S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 1: Configuration de l'appareil, avant l'introduction de composants liquides. Couches sont placées ensemble et scellés par application de chaleur pour ramollir les couches d'étanchéité."> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 2: configuration pour la mesure d'amélioration. Dispositif intégré est irradié par une lumière monochromatique incohérente modulée à partir d'une source de lumière blanche (lampe entraînée par laser) passe à travers un monochromateur, et achromatique focalisé sur l'échantillon par un miroir parabolique hors axe. La lumière de la sonde est divisée par un filtre en verre (coupeuse de faisceau) et la sonde de lumière réfléchie est détectée par une photodiode fixée à un appareil de mesure de puissance. La couche TTA-UC du dispositif intégré est continuellement excité par un laser à 670 nm onde continue (pompe) pour générer des triplets de fond pour permettre à l'effet d'amélioration TTA-UC à palper avec la faible faisceau monochromatique. Le courant de sortie de l'appareil est alimenté par un amplificateur de courant et mesurouge par un lock-amplification. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3: Les données représentatives montrant (A) l'IPCE amélioration relative (col (alignés) / col (non aligné) et de différence de réponse (col (alignés) -col (non aligné) en moyenne de six alignés et six mesures mal alignées. La différence de réponse confirme la forme spectrale de renforcement IPCE est de la lumière de sous-bande interdite récoltées par le sensibilisateur de la mise convertisseur, que la forme spectrale d'amplification correspond à l'absorption de bande Q de l'agent sensibilisant et (B) le modèle d'amélioration par rapport intégrée (précédemment décrit 31) sur une courbe d'amélioration de l'IPCE expérimental par least-carrés de montage. Le modèle de transmission comprend des cellules, la cellule d'origine de l'IPCE (pas de pompe) et la section efficace d'absorption de sensibilisateur correspondant à la sonde et la source de pompe. La courbe d'amélioration modèle est ensuite utilisé pour le calcul de courant supplémentaire de court-circuit généré de TTA-UC et donc FoM. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4 IPCE amélioration (moins de 27 ʘ) retrace pour (A) un dispositif intégré de mesure correcte de désalignement (en médaillon représentant le gain en réponse brut), (B) le modèle IPCE relatif amélioration trace des données dans (A) avec l'encart montrant l' Les courbes de réponse actuelles premières de la wi dispositifpompe et sonde ème faisceau alignées et mal alignées (C) le même dispositif que dans (A) excepté que la pompe et la sonde étant alignés sur le même site sur l'électrode active, ce qui entraîne un artefact de mesure, décrit dans le texte (D) un dispositif identique avec une chambre UC vide, mesurée par (C), qui accentue ce problème de mesure, avec l'encart montre le gain en réponse brute. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 5 FoM dépendance du dispositif intégré sur l'énergie solaire facteur de concentration. Médaillon montre la dépendance de gain en courant calculé (écart DJ SC) de TTA-UC avec les deux axes surune échelle logarithmique.
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Discussion
Ce protocole fournit un moyen de parvenir à photon up-conversion DSC amélioré et des détails sur la façon de mesurer correctement un tel dispositif. L'ODM permet pour la simple calcul d'améliorations écart DJ SC prévus à prévoir à différentes intensités de lumière, y compris au 1 soleil. Les valeurs indiquées ici sont invariantes avec une intensité lumineuse (encart de la figure 4), par l'attente lorsque le système est en dessous de son seuil de saturation 33. Avec l'ODM, nous pouvons normaliser l'effet de l'amélioration d'autres processus non linéaire de communications unifiées de TTA-UC ou pour permettre une comparaison facile.
Bien que les valeurs de FOM obtenus dans cette étude sont les plus élevés parmi les GOR signalés pour les appareils photo numériques, ils sont encore loin d'intérêt commercial (~ 1 mA ∙ cm -2 ʘ -2). En plus de cela, des améliorations de cette échelle peut être problématique à mesurer. Dans ce rapport (en particulier dans les figures 3C et 3D) ee périls de la technique de mesure incorrecte sont présentés, où le faisceau de pompe provoque une (un peu) problème inattendu. Ce problème peut être unique pour les appareils photo numériques, mais s'il ya une incertitude, il est essentiel que les expériences de contrôle (comme le montre la figure 3D) sont réalisés et les conditions modifiées en conséquence.
Il ya quelques facteurs limitants qui limitent la performance de TTA-UC. Tout d'abord est le taux de décroissance de triplet de l'émetteur, le rubrène (~ 8.000 sec -1 34), qui est beaucoup plus rapide que le taux du sensibilisateur d'excitation sous 1 ʘ éclairage (6,8 sec -1), tandis que le taux TTA de rubrène triplets est seulement ~ 1 × 10 8 M -1 s -1, trois ordres de grandeur en dessous de la limite de diffusion de rubrène dans les solvants organiques courants 35. La conséquence de ceci est que la majorité des triplet rubrène se désintègre à l'état du sol avant d'effectuer TTA.
Afin deréduire la quantité de triplets de rubrène de subir une dégradation unimoléculaire avant TTA, on peut tenter d'augmenter la concentration de triplet, en augmentant la concentration de sensibilisateur. Malheureusement, les porphyrines en solution ont tendance à s'agréger à des concentrations élevées, et sensibilisant sensibilisant TTA peuvent avoir lieu. Une solution possible de surmonter ces problèmes est d'attacher sensibilisateurs sur des surfaces de nanoparticules inorganiques 36. Ainsi, les concentrations élevées de (relativement) sensibilisateur immobilisé peuvent être logés avec réduite auto-extinction, et peuvent augmenter la concentration locale de triplets disponibles pour TTA efficace.
Le sensibilisateur utilisé dans cette étude ne sont pas idéales pour le DSC couplé, comme l'absorption de bande Q de la porphyrine chevauche le début de l'absorption du DSC (600 - 700 nm). Ainsi, il existe des pertes de lumière transmise disponibles pour TTA-UC, dont l'efficacité dépend de la concentration de flux et donc triplet photon. Nous nous attendons à mesurer un plus signisigni- renforcement avec un sensibilisateur qui absorbe le plus profondément dans le proche infrarouge avec croisement intersystème efficacité similaire à celle utilisée dans la présente étude. Le FoM offre un indicateur commode de comparaison, si et quand un tel système est caractérisé.
Le colorant utilisé ici, D149, est parmi les colorants organiques les plus performants disponibles pour DSC, d'autres cependant, comme N719 ou «colorant noir" ont une absorption plus décalée vers le rouge Onsets 3. Pour TTA-UC pour améliorer ces dispositifs, les porphyrines appropriés avec des absorptions Q en bande de longueurs d'onde supérieure à 900 nm doivent créé. D'autre part, la plus haute DSC efficacité rapportée à ce jour a un début d'absorption de 730 nm ~ 37, à peine au-delà du début de la teinture utilisée ici.
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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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