Summary
一个集成的设备,掺入的染料敏化太阳能电池与三重态 - 三重态湮灭升压转换单元制作,得到增强的光收获,从太阳光谱的较宽部分。在温和的辐射水平显著增强应对低能光子证实,得到好处的创纪录的数字为染料敏化太阳能电池。
Abstract
染料敏化太阳能电池(DSC)的红色和红外光的反应冷淡是显著妨碍实现更高的光电流,从而提高效率。光子上转换用的三重态 - 三重态湮灭的方式(TTA-UC)是一个有吸引力的技术,对于使用这些否则浪费掉的低能量光子产生的光电流,而不是与以有害的方式将photoanodic性能的干扰。进一步向此,TTA-UC具有许多功能,从其它报道光子上转换技术截然不同,这使得它特别适合于用DSC技术耦合。在这项工作中,经过验证的高性能TTA-UC系统,包括钯卟啉敏化剂和红荧烯发射器,结合了高性能的DSC(利用有机染料D149)于一体的综合设备。该装置示出了一个增强的响应子带隙光随所得的最高网络连接的吸收范围的TTA-UC子单元的gure优异的上转换辅助DSC性能过时。
Introduction
染料敏化太阳能电池(DSC)的已被宣布为一个有前途的概念,经济实惠的太阳能收集1-3。虽然如此热情,广泛的商业化还没有出现。有许多原因已提出了这一点,与一个迫切的问题是吸收发病的相对高的能量,限制了这些器件4的可实现的光捕获效率。虽然这是可以克服的,从而降低了吸收发病通常伴随着在开路电压的降低,过多地削弱了在电流密度为5,6的任何增益。
DSC中的一般操作涉及从光激发染料的半导体(一般为二氧化钛),其次是氧化染料通过氧化还原介体的再生的电子转移。这两个过程似乎需要大量的驱动力(电势),以进行高效率7 4。
为了克服以上提出的光收获问题,一些方法已被采取。这包括“第三代”8的方法串联结构9,第10和光子上转换11-14。
最近11我们报道的DSC的工作和反电极组成的一体化设备,具有三重态-三重态湮灭基础上转换(TTA-UC)的注册系统到的结构。这TTA-UC元件是能收获穿过活性层发射的红光和化学转换(如在下面详细描述),以更高的能量的光子可能通过DSC的活性层所吸收,并产生光电流。还有要注意有关该系统的两个重要点。首先,TTA-UC比其他的光子上转换系统11许多潜在的优势;其次,它展示了一个可行的架构(证明型原则)为TTA-UC,还有所欠缺的TTA-UC文学到该点的结合。
TTA-UC 15-24的方法涉及“敏化剂”分子的激发,在此情况下钯卟啉,通过光与下面的设备发病能量的能量。单线激敏进行快速系统间跨越到能量最低的三重态。从那里,他们可以传递能量到基态三重接受“射’种类,例如红荧烯,只要传递被允许通过自由能25。红荧烯的第一三线态(T 1)大于它的第一激发单重态(S 1),但在T 2的不到一半的能量一半的能量,也就是说,两个三态激励rubrenes一遇到复杂的可以消灭到举一个单重激发发射剂分子(以及其他在基态)以相当高的概率。其他国家,统计预测,最有可能大力人迹罕至的红荧烯26。然后将单重激发红荧烯分子能够发射光子(按照荧光)与能量足以激发染料在DSC的工作电极。这个过程示于动画1。
TTA-UC提供了许多优点相比其他的UC系统,如广泛吸收范围和不连贯性27,28,使它成为一个有吸引力的选择腠用DSC耦(以及OPV)。 TTA-UC已被证实在相对低的光强度和在漫射照明条件下操作。无论是DSC和OPV是最有效的在低光强的制度。太阳能浓度是昂贵的且仅正当的高效率,成本高的设备。 TTA-UC系统,可在低强度光照条件下的相对高的性能,是由于涉及到与强,宽吸收带敏化剂的发色团在音乐会和长寿命的三线态,其能够扩散的顺序,以与相互反应的物质接触的过程。此外,TTA-UC已被发现具有高的固有效率从动力学研究26。
虽然TTA-UC工作在低的光强度,但仍然(至少在低光强度)与入射光强度和射出光之间的二次关系。这是由于该方法的双分子性质。考虑到对于这一点,报告的不同群体的不同实验条件(尤其是光的强度),择优录取(FOM)系统的数字应采用米乘上转换所提供的性能增强。这FOM被定义为ΔJSC /ʘ,其中ΔJSC是增加的短路电流(通常由积分入射光子的确定载流子的效率,IPCE,有和没有上转换效应)和ʘ是有效的太阳能浓度(基于在相关区域中的光子通量,即敏化剂的Q带吸收)2 29。
在这里,一个协议,用于生产和正确表征集成的DSC-TTA-UC设备被报道,特别关注在设备检测潜在的隐患。希望这将成为在这一领域的进一步工作的基础。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1,DSC制造
1.1。工作电极的制备
- 的F干净的整片:SnO 2的涂覆的玻璃(110毫米×110毫米×2.3毫米,<8Ω/□),通过顺序地超声处理在肥皂水中,然后用丙酮,最后乙醇(每次10分钟)。
- 沉积一层致密的二氧化钛遵循以下步骤:
- 干玻璃用压缩空气和耐热玻璃〜450℃的热板(导电面朝上)。
- 稀二异丙醇钛双(乙酰丙酮)(异丙醇75重量%)与1乙醇:9比例。
- 从约100毫米的距离喷洒稀溶液到加热玻璃,具有横跨玻璃板5喷雾剂。
- 喷雾,每10秒一回合12回合。
- 玻璃保持在450℃,再5分钟,关断热板前。发表于加热板上的玻璃并使其缓慢冷却至室温。
- 放置在玻璃上该网板印刷机表(再次导电面朝上)。将屏幕对准图案的玻璃。添加的TiO 2浆料到屏幕并打印一个或两个层。如果沉积两层,从打印机中取出玻璃板打印之间,覆盖并允许返回到打印机打印后续层之前沉降〜5分钟,然后加热至125℃保持10分钟。
- 一旦最终打印由运行一个完整的烧结程序。加热所述电极到150℃,在12.5°/分钟,保持10分钟,然后至325℃,在11.7°/分钟,保持5分钟,然后以375℃在10℃/分钟,保持5分钟,然后加入到450 ℃,在10.7°/分钟,保持30分钟,最后以500℃在10℃/分钟,保持15分钟。缓慢冷却至室温后,本。
- 切断主盘为单独的电极,确保有足够的空间,在印刷膜周围的垫片被后使用。删除使用压缩空气任何玻璃碎片。
- 电极浸泡在20mm 四氯化钛子>解决方案(AQ),涵盖松散和地点容器中,烤箱预热(70℃,30分钟)。 Subsquently,一次更彻底和烧结洗电极在500℃下进行30分钟。
- 一旦冷却到100℃以下,将其浸入电极在0.5mM的染料溶液。在这种情况下使用,D149于乙腈:叔丁醇(1:1)。
- Ø染色后/ N去除电极和冲洗大力在乙腈〜30秒,然后让坐在另外30秒。从漂洗槽液退出电极和干燥压缩空气。
1.2。对电极的制备
- 切为2.3mm˚F另一个工作表:SnO 2的玻璃成18.3毫米×27.5毫米件。
- 沉浸在对电极在水中钻一小孔,在角(φ= 1毫米,从每个角落2.5毫米)作为填充端口来使用,用钻石头的牙科毛刺装在一个小台钻。
- 清洁电极按第1.1节0.1
- 与导电面朝上平铺干电极和地点。申请一滴铂酸溶液(H 2 PTCL 6,10毫乙醇中)和散布用移液管的端部。地方瓦到预热(400℃)加热板上15分钟。在此之后,除去玻璃和瓷砖,让冷却的长凳上。
1.3。反射器
- 切下一块不导电2毫米玻璃来18.3毫米×27.5毫米,钻两个孔,相邻的角沿长边,使用相同的技术作为反电极(第1.2.2节)。
- 清洁玻璃,使用一次相同的协议如上述(1.1.1)
- 大盘在清洁,干燥的玻璃在板凳上三面,使用低渣带。应用一滴的Al 2 O 3贴(2.0克0.3微米的Al 2 O 3颗粒,胶体的Al 2 O 3 +1毫升乙醇2ml)和画下来用玻璃棒。
- 让电影干,取出磁带和SINTER玻璃在500℃下进行30分钟。
1.4。设备组装
- 切两个批次的热熔粘合剂衬垫。
注意:第一,对于DSC,是25微米厚,并具有为17mm×8毫米的尺寸和21毫米×12平方毫米的外部尺寸。美国证券交易委员会,为变频室,采用翻了一倍给予120微米的厚度为60微米的衬垫材料。折叠时,该垫片具有为17mm×21毫米的尺寸和21毫米×25 mm外部尺寸。 - 放置第一个密封垫在所述对电极的角落,从而确保在填充端口可访问。将工作电极置于此,使得该印刷区域是完全密封垫的内部,并获得良好的密封。
- 移动此组件的加热板上(120℃)和压力施加到衬垫软化和熔化,从而可以在视觉上被观察为垫圈润湿玻璃表面。删除组件,并允许冷却。
- 地点在反射第二垫片,再次确保灌装口不包括在内。置于DSC上顶端,使得印刷区域是直接在印刷氧化铝反射器的前方。再次加热装置,同时施加压力,直到垫圈软化,附着,如第1.4.3。这个组件被示于图1。
1.5。灌装腔
- 制备0.1M的的LiI,0.6M的1,2 - 二甲基-3-丙基咪唑碘化物和0.05M的碘甲氧基丙腈的电解液。
- 将装置附真空管的小塑料容器中,用对置电极朝上。
- 放点在孔电解液和顶部的一块玻璃。应用真空几秒钟提取空气从DSC空腔,在释放之前,这将绘制电解质到空腔中。
- 通过层叠热熔密封材料在铝箔上制备的密封件。在一个烤盘,卡斯将这些等物质的一面朝上。彻底清洁反电极的背面,然后通过加压装置对衬垫材料为〜5秒的密封。
- 制备TTA-UC溶液中溶解0.6毫钯染料的(tetrakis(3,5-di-tert-butylphenyl)-6'-amino-7'-nitro-tetrakisquinoxalino[2,3-b'7,8-b''12,13-b'''17,18-b''''-porphyrinato)钯(II))和红荧烯的22 mM的苯。脱气充分使用三个液氮冷冻 - 泵 - 解冻循环该溶液中。
- 内部的手套箱,介绍TTA-UC解决方案进入后腔,使毛细作用力通过绘制它。一旦满了,再一次彻底清洁表面,并用密封另一块铝制的支持衬垫材料。
2,测量
2.1。电接点
- 对其进行焊接暴露女:利用声波烙铁和焊锡适当的工作和反电极的SnO 2。 附加使用正常焊料导线连接到阳极和阴极。
- 应用UV固化环氧开边。
注意:这是为了作为对氧气进入和溶剂蒸发装置的二次封装,以及增加设备,尤其是金属线安装的鲁棒性。 - 通过接线端子连接的阳极和阴极线,以一个不限成员名额BNC电缆。
2.2。 IPCE测量设置
- 使用图2示意性地示出的设置中,装入集成设备到一个细胞保持部。
- 通过对可调节的安装一面镜子照亮集成器件(〜2毫米×1毫米),670 nm的连续波激光束(以下简称“泵浦光束”)的一部分。
- 照亮了综合TTA-UC DSC带语无伦次准单色光(以下简称“探测光束')生成使用氙灯,通过405纳米长波通滤波器后的第一,然后choppeř轮动作,在29赫兹,单色,有角度的载玻片(此处用作〜4%的分束器)和抛物面反射镜。产生背景三峰人口中的TTA-UC层通过激励UC层与泵浦光束,入射在这样一个角度,它不照亮被探测的DSC有源层,但仅在UC层。
- 使用可调节的反射镜支架对齐TTA-UC层上的泵和探测光束。测量通过它扫过在可见光谱中为5nm的增量使用动态信号采集装置,电流放大器和内部控制软件的探针产生的短路电流。
- 同时记录的探测光束从与功率计和具有模拟输出馈送到信号采集装置的光电二极管的载玻片反射的功率变化。通过在软件的探针变异校正从设备歼SC。
- 置换泵束稍微用可调后视镜安装,使得它击中相邻的探测光束的器件的有源层。重复测量与所述泵和探测光束未对准。
- 记录六套与对准和不对准测量时获得更好的信噪比相同的位置上。
- 减少泵浦光束强度通过把泵浦光束在不同的中性密度过滤器与已知的发射在670nm处,并重复进行了一系列强度的步骤2.2.4至2.2.7。
- 测量无泵束源主动集成元件J SC。
- 通过将光电二极管在样本位置测量探头功率入射在DSC中的电流由光电二极管产生的条件。
- 测量的研究设备与UC室使用UV可见分光光度计,得到的透射谱,T DSC除去的传输。
注:此步骤可以1.4和1.5之间交替进行的。
- 测量泵浦光束功率在每个使用的滤波条件的DSC位置,使用光电二极管和功率表(如在第2.2.10中描述)。
- 就拿泵浦光束投射到一张纸格的位置相当于那里的TTA层是在实验过程中的照片。严重削弱梁如有必要,以防止相机探测器的饱和度。使用此映像和图像分析软件来确定泵的光斑大小。
3,数据处理
3.1。插值计算所有数据为1 nm的增幅。
3.2。 IPCE测定
- 计算光通量(φ)到达距离测量电流的光电二极管( 一)所产生的探测能力和电荷(Q)的集成器件:
- 计算德维的细胞事件的光子转换电子的效率(IPCE 0)从歼SC测量CE无泵照明和探测光束。
- 取测量值之间的比率与泵和探头对准和不对准,从激活的上变换器得到的相对增强。
- 太阳能集中系数确定
- 敏化剂的消光系数转换成吸收截面,σ。
- 通过利用光子通量密度的产品,从太阳光谱,透射率在DSC和敏化剂(σ)在每个波长,然后相加得到的标准AM1.5G太阳光谱,(Kφ)下敏化剂的激发速率产品横跨敏Q带吸收,通常为600nm至750nm。
- 计算,从泵浦源,具有不同的中性密度过滤器泵的光子通量密度的功率和光斑尺寸。然后采取磁通密度的产品,在DSC的透射率和敏化剂在670纳米,以获得泵激发速率。
- 计算从泵激发速率AM1.5G条件下,激发速率之比太阳能聚集因子(ʘ)。
3.3。模型拟合和优异的确定图
- 适合相对增强= 1 +常数×(T DSC / IPCE 0)×[(σ泵 ×σ 探头 )/(σ 泵 +σ 探头 ),到实验结果的增强,其中σ 泵和σ探头的典范是截面相对于所述泵和探针的波长; σ 泵是固定的每台泵的强度和σ 探头随波长而变化。
- 估计从IPCE UC和IPCE 0和太阳通量DENSIT之间的差的上转换效应(ΔJSC)中获得以J SC的增强年。
- 计算FOM由太阳能集中系数的平方标准化ΔJ 资深大律师 ,因为TTA-UC具有在低激发强度对输入功率的二次依赖。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
不同的测量条件下测量的三维显示增强的响应,以影响在下文中更详细地讨论- 图3A。从原始电流密度的增强,应当清楚,这些结果在图4A和4B是归属于上转换,与峰值电流的提高和IPCE增强与吸收光谱的敏化剂,通过在有源层衰减传输匹配良好DSC。
为了避免由激光施力泵浦光束引入测量工件已被调整到在UC层以较大的角度,以探测光束,在图2中示意性地示出到达。 图4A示出的增强而不显著施力作用,而这两个图4C和4D受此问题。正确alignme的后果核苷酸上的测量显示在图4A中 ,其中以J SC的差异反映了其具有在675纳米的吸收峰的增感剂的吸收特性。除了 敏化剂和器件的透明区域的吸收区域,以J SC的差被嵌入在噪声。
该集成器件在可见光谱的红端甲显著相对IPCE增强可以在图4C中被观察到。然而, 图4C中的插入,显示对齐和未对齐ĴSC测量值之间的差,并不能反映敏化剂的分光特性。的泵和探针的取向似乎提高整个可见光谱的电池性能,并建议该增强来自陷阱填充这增强了设备的整体性能,由于激光的偏置30。
为了为版本IFY怀疑,该集成器件是由不同的是在UC室被留为空( 图4D)相类似的设备代替。在相同的实验条件下,增强了在整个可见光谱中找到。这证实了先前的增强效果来自于激光偏置,而不是TTA-UC。在未经TTA-UC解决方案的设备的情况下,由于大多数的激光的散射回的装置,所述偏置效应是更显著。
图5扩展了在图4A和4B所示的结果。在此情况下,泵浦光束的光强度为6〜27ʘ调整。 ΔJSC被认为是规模随光强的平方,按照预期(功法适合2.02)。因此,FOM被看作是光强度无关,这表明TTA-UC系统是由双分子过程的限制。
:保together.within页=“总是”>
动画1:对三重-三重态湮灭光子原理操作上转换与PQ4PdNA敏和红荧烯发射,造成D149染料和随后的电子注入二氧化钛的照明请点击这里查看该图的放大版本。
图1中的设备的配置之前,引入液态组分。层被放置在一起,并通过加热密封,以软化垫片层。“>请点击这里查看该图的放大版本。
图2设置为增强测量的集成器件从白色光源(激光驱动的灯)照射由调制非相干单色光穿过单色器和无彩色聚焦到样品由离轴抛物面反射镜。探测光被分离,用玻璃过滤器(波束分割器)和被检测到的反射的探测光通过连接到一个功率表的光电二极管。将TTA-UC层的集成器件是由一个670纳米连续波激光(泵)连续激发,以产生背景三胞胎以允许与弱单色光束被探测的TTA-UC增强效果。来自设备的输出电流通过电流放大器测量仪表供给由红锁在放大, 请点击这里查看这个数字的放大版本。
展示(一)相对提高IPCE(COL(对齐)/ COL(对齐)和响应性(COL(对齐)-col(对齐)从六个排列和六个错位测量取平均值。响应差异印证了图3的数据代表IPCE增强的频谱形状是从由上变换器的敏化剂收获子带隙光,作为增强频谱形状相匹配的敏化剂和(B)中配合的相对增强模式的Q带吸收(先前描述的31)到由LEA实验IPCE增强曲线ST方拟合。该模型包括细胞透射率,原始细胞的IPCE(无泵)和相应的探测和泵源的敏化剂的吸收截面。该模型的增强曲线,然后用于计算从TTA-UC,因此FOM产生额外的短路电流。 请点击这里查看该图的放大版本。
图4 IPCE增强(根据27ʘ)为(A)一种具有正确的偏差测量的集成器件(插图显示了原始响应增益),(二)建模(A)与 IPCE增强的跟踪数据跟踪与插图展示该设备的Wi生电流响应曲线个泵和探测光束对准和错位(C)相同的装置,在(A),不同的是将泵和探头对准于在有源电极相同的部位,从而导致测量的工件,在文本(D)的说明相同的设备与空UC室,以每(C),进一步凸显这个测量问题,有插图显示了原始响应的增益。 请点击这里查看该图的放大版本。
图5 FOM太阳能集中因子的集成设备的依赖。插图显示的计算电流增益(ΔJSC)从TTA-UC在两个轴上的依赖对数刻度。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
该协议提供了实现光子上转换增强DSC和细节上如何正确衡量这种装置的方法。 FOM的允许可以预料,在不同光照强度的预期ΔJSC改进了简单的计算,包括1太阳。这里示出的值是不变的光强度( 图4的插图),为每期望当系统处于低于其饱和度阈值33。与FOM,我们可以标准化TTA-UC或其它非直线UC过程的增强效果,以允许容易地比较。
虽然在本研究中得到的FOM值是报道的FOM为DSC的中最高的,但它们仍然远未商业利益(〜1毫安∙厘米-2ʘ-2)。除了这一点,这种规模的增强可能是有问题来测量。在这份报告中(具体地说,在图3C和3D)个不正确的测量技术电子危险所示,其中的泵浦光引起(有点)意想不到的问题。这个问题可能是唯一的DSC的,但是,如果有任何不确定性,至关重要的是控制实验(例如如图3D所示)被进行与条件相应的修改。
有限制TTA-UC的性能的几个限制性因素。首先是发射器的三线态的衰变速率,红荧烯(〜8000秒-1 34),这是在1ʘ照明(6.8秒-1)高于敏化剂的激发速率要快得多,而TTA率红荧烯三胞胎仅为〜1×10 8 M -1秒-1,下面的红荧烯在普通的有机溶剂35的扩散限制三个数量级。这样做的结果是大多数三峰红荧烯的衰变到基态时执行TTA之前。
为了减少红荧烯三元经历单分子衰变TTA人之前的量可以试图提高三重态的浓度,通过增加敏化剂的浓度。不幸的是,在溶液中的卟啉趋向于聚集在高浓度下,和敏化剂敏化剂TTA可能发生。克服这些问题的潜在解决方案是将附加的敏化剂到无机纳米粒子的表面36。因此,高浓度的(相对)固定化的敏化剂可以具有降低的自猝灭被容纳,并且可以增加可用于高效TTA三胞胎的局部浓度。
在本研究中使用的敏化剂是不理想的耦合DSC,作为卟啉的Q带吸收与DSC的吸收发生重叠(600 - 700纳米)。因而有损失在透射光中可TTA-UC,效率则取决于三重峰浓度,从而光子通量。我们期望来衡量一个更显着性的增强与敏化剂能吸收更深的近红外用类似系间窜越效率在这项研究中使用的方法。的FOM提供比较方便的量度,如果并且当这样的系统,其特征在于。
此处所用的染料,D149,可用于DSC的性能最好的有机染料,然而其他诸如N719或“黑色染料”中有进一步红移吸收声母3。为了使TTA-UC波长,以提高这些设备,与Q带吸收适当的卟啉大于900纳米需要创建。另一方面,最高报DSC效率迄今为止具有吸收发病〜730 nm的第37,仅略微超出发病对于此处所用的染料。
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.
Photoelectrochemical cells. Nature. 414 (6861), 338-344 (2001). - Hagfeldt, A., Boschloo, G., Sun, L., Kloo, L., Pettersson, H.
Dye-Sensitized Solar Cells. Chem. Rev. 110 (11), 6595-6663 (2010). - 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.
Entropically Driven Photochemical Upconversion. J. Phys. Chem. A. 115, 1047-1053 (2011). - 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).