De integratie van een Drietal-triplet Annihilation Up-conversie systeem om Dye-zonnecel Response to Sub-bandgap Light Enhance

-Kleurstof zonnecellen (DSC's) zijn uitgeroepen als een veelbelovend concept in betaalbare zonne-energie verzamelen ^1-3. Desondanks enthousiasme wijdverspreide commercialisering nog plaatsvinden. Een aantal redenen naar voren gebracht voor dit, met een dringende kwestie zijn de relatief hoge energie van de opname ontstaan, het beperken van het haalbare licht oogsten efficiëntie van deze apparaten ^4. Hoewel dit kan worden overwonnen, het verlagen van de absorptie onset typisch gepaard met een daling van de nullastspanning die onevenredig erodeert elke winst in stroomdichtheid ^{5, 6.}

De algemene werking van DSC omvat elektronoverdracht van een geëxciteerde kleurstof een halfgeleider (typisch _TiO2), gevolgd door de regeneratie van de geoxideerde kleurstof door een redox mediator. Beide werkwijzen blijken belangrijke drijvende krachten (potentiële) om verder te gaan met hoge efficiency ⁷ vereisen </sup>. Met zo'n groot inherent verliezen, wordt het duidelijk dat de optimale absorptie ontstaan ​​voor deze apparaten is redelijk hoog in energie. Soortgelijke problemen bestaan ​​voor organische zonnecellen (OPV), als gevolg van opnieuw de grote chemische drijvende krachten die nodig zijn voor een effectieve lading scheiding. Dienovereenkomstig voorspellingen van de bovenste zonne-to-elektrische conversie-efficiëntie grenzen aan enkele knooppunt apparaten op basis van deze beide technologieën te betrekken dempers met brede (effectieve) band ⁴ openingen.

Om het licht harvesting probleem hierboven gesteld overwinnen, hebben een aantal benaderingen genomen. Dit geldt ook voor de 'derde generatie' ⁸ benaderingen van tandem structuren ^{9, 10} en foton upconversion ^11-14.

Onlangs ¹¹ meldde we een geïntegreerd apparaat bestaat uit een DSC werken en contra-elektrode, met een triplet-triplet vernietiging gebaseerde up-conversie (TTA-UC)-systeem ingebouwd inde structuur. Dit element TTA-UC kon rood licht dat door de actieve laag oogsten en chemisch omzetten (zoals hieronder in detail beschreven) om hogere energie fotonen die kunnen worden opgenomen door de actieve laag van de DSC en het genereren fotostroom. Er zijn twee belangrijke punten op te merken over dit systeem. Ten eerste, TTA-UC heeft vele potentiële voordelen ten opzichte van andere foton up-conversie systemen ^11; ten tweede toont een haalbare architectuur (proof-of-principle) voor de integratie van TTA-UC, die had ontbroken van de TTA-UC literatuur tot op dat moment.

Werkwijze TTA-UC ^15-24 omvat de excitatie van 'sensibilisator' molecules, in casu Pd porfyrines, door licht energie onder het toestel onset energie. De singlet-enthousiast sensitizers ondergaan snelle intersystem oversteek naar de laagste energie-triplet toestand. Van daaruit kunnen ze de energie over te dragen aan een grond-state-triplet accepteren van 'zender & #8217; soorten zoals rubreen, zolang de overdracht toegestaan ​​door vrije energie ^25. De eerste triplet toestand van rubreen _(T1) groter is dan de helft van de energie van de eerste aangeslagen singlet toestand _(S1), maar minder dan de helft van de energie van _T2, waardoor steeds ontmoetingscomplex twee triplet-aangeslagen rubrenes kan vernietigen om geven een singlet aangeslagen emitter molecule (en de andere in de grondtoestand) met een vrij hoge waarschijnlijkheid. Andere staten, statistisch voorspeld, zijn het meest waarschijnlijk energetisch ontoegankelijk voor rubreen ^26. De singlet aangeslagen rubreen molecule kan vervolgens uitzenden een foton (volgens fluorescentie) met voldoende energie om de kleurstof te wekken op de werkelektrode van de DSC. Dit proces wordt getoond in Animatie 1.

TTA-UC biedt een aantal voordelen ten opzichte van andere UC systemen, zoals een breed absorptiespectrum en onsamenhangend natuur ^{27, 28,} waardoor het een aantrekkelijke optie voor couPling met DSC (evenals OPV). TTA-UC is aangetoond werken bij relatief lage lichtintensiteiten en in diffuus licht. Zowel DSC en OPV zijn het meest efficiënt in het lage licht regime intensiteit. Zonne-concentratie is duur en alleen te rechtvaardigen voor een hoge efficiëntie, hoge kosten apparaten. De relatief hoge prestaties van TTA-UC-systemen in een lage intensiteit lichtomstandigheden is toe te schrijven aan het proces waarbij sensibiliserend chromoforen met een sterke, brede absorptie bands in concert met langlevende triplet toestanden die in staat zijn te diffunderen in orde zijn in contact met de interactie soorten komen . Daarnaast heeft TTA-UC bleken hoge intrinsieke efficiëntie van een kinetische studie ^26.

Hoewel TTA-UC werkt bij lage lichtintensiteit, er nog steeds een kwadratische relatie tussen invallende lichtintensiteit en uitgezonden licht (althans bij lage lichtintensiteiten). Dit komt door de bimoleculaire aard van het proces. Om rekening te houdenvoor deze en de gevarieerde experimentele omstandigheden (in het bijzonder de lichtintensiteit) gerapporteerd door verschillende groepen, moet een cijfer van verdienste (FOM)-systeem worden gebruikt om te meten de verbetering van de prestaties die door up-conversie. Deze FoM is gedefinieerd als ΔJ _SC / ʘ, waar ΔJ _SC is de stijging van de kortsluitstroom (meestal bepaald door integratie van de Incident Photon aan Vervoerder Efficiency, Ipce, met en zonder de up-conversie effect opladen) en ʘ is de effectieve zonne- concentratie (gebaseerd op de foton flux in de relevante regio, dat de Q-band opname van de sensibilisator) ^{2 29.}

Hierin is een protocol voor het produceren en correct karakteriseren een geïntegreerde DSC-TTA-UC-apparaat gemeld, met speciale aandacht voor mogelijke valkuilen bij het testen apparaat. Het is te hopen dat dit zal dienen als basis voor verdere werkzaamheden op dit gebied.