L'intégration d'un système Annihilation Up-conversion triplet triplet visant à accroître à colorant cellule solaire réponse au sous-bande interdite Lumière

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 </sup>. Avec de telles pertes inhérentes importantes, il devient évident que l'apparition d'absorption optimale pour ces appareils est relativement élevé en énergie. Des problèmes similaires existent pour le photovoltaïque organique (OPV), en raison une fois de plus les grandes forces motrices chimique requis pour la séparation de charge efficace. En conséquence, les prévisions de limites d'efficacité de conversion solaire-à-électrique supérieure aux dispositifs de jonction simples basés sur ces deux technologies impliquent absorbeurs avec de larges lacunes 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.