삼중 항 - 삼중 종말 최대 변환 시스템을 통합하면 하위 밴드 갭 빛에 염료 감응 형 태양 전지의 응답을 향상시키기 위해
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 </sup>. 이러한 고유의 상당한 손실이, 이러한 장치에 대한 최적의 흡수 에너지가 발병에 상당히 높은 것이 분명해진다. 유사한 문제는 효과적인 전하 분리에 필요한 큰 화학적 구동력으로 인해 다시 한번, 유기 광전지 (OPV), 존재한다. 따라서, 이들 기술 모두에 기초하여 단일 접합 장치 상부에 태양 광 – 전기 변환 효율의 한계 예측 폭 (유효) 밴드 갭 (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.
Protocol
Representative Results
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 ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
A.N. acknowledges contributions from the Australian Renewable Energy Agency (ARENA) and the Australian National Fabrication Facility (ANFF). This research project is funded by the Australian Solar Institute (6-F020 and A-023), with contributions from The New South Wales Government and the University of Sydney. Aspects of this research were supported under Australian Research Council’s Discovery Projects funding scheme (DP110103300). Equipment was purchased with support from the Australian Research Council (LE0668257).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| (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 | Kilip 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 |
| F:SnO2 glass | Hartford | TEC8 | 2.3mm, < 8 Ω/□ |
| 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 | N/A | Rotary backed diffusion pump | – |
| Wipes | Kimtech | 34120KC | Kimwipes |
| Xe lamp | Energetiq | LDLSTM EQ-1500 | White light source |
Riferimenti
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