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&#8217;s Discovery Projects funding scheme (DP110103300). Equipment was purchased with support from the Australian Research Council (LE0668257).

1. DSC Fabrication 1.1. Arbeitselektrodenvorbereitung <ol><li> Sauber ein ganzes Blatt SnO 2: F beschichtete Glas (110 mm × 110 mm × 2,3 mm, &lt;8 Ω / □) durch Ultraschallbehandlung nacheinander in Seifenwasser, dann mit Aceton und schließlich Ethanol (jeweils 10 min). </li><li> Hinterlegen eine dichte Schicht von TiO 2 die folgenden Schritte aus: <ol><li> Trockene Glas mit Druckluft und Wärme Glas bis 450 ° C auf Kochplatte (leitend Seite nach oben). </li><li> Verdünnter Titandiisopropoxidbis (acetylacetonat) (75 Gewichts% in Isopropanol) mit Ethanol im Verhältnis 1: 9. </li><li> Sprühen Sie die verdünnte Lösung auf Glas erhitzt aus einer Entfernung von ca. 100 mm, mit fünf Sprays über die Glasscheibe. </li><li> Spray eine Runde pro 10 Sekunden für 12 Runden. </li><li> Halten Glas bei 450 ° C für weitere 5 min, vor dem Ausschalten der Kochplatte. Lassen Sie das Glas auf Kochplatte und lassen Sie es langsam auf RT abkühlen. </li></ol></li><li> Das Glas aufder Bildschirm Druckertisch (wieder einmal leitenden Seite nach oben). Legen Bildschirm und richten Muster auf Glas. Fügen TiO 2-Paste, um Druck und Bildschirm ein oder zwei Schichten. Wenn Abscheidung von zwei Schichten, entfernen Glasplatte aus dem Drucker zwischen Drucke, decken und für ~ 5 min Hitze auf 125 ° C für 10 min vor der Rückkehr an den Drucker, um eine nachfolgende Schicht ausdrucken zu regeln, dann. </li><li> Sobald die endgültige Druck wird Führen Sie einen Sinterprogramms. Erhitzen Sie die Elektroden auf 150 ° C bei 12,5 ° / min, halten 10 min, dann auf 325 ° C bei 11,7 ° / min, 5 min zu halten, dann auf 375 ° C bei 10 ° / min, 5 min zu halten, dann auf 450 ° C mit 10,7 ° / min, 30 min halten und schließlich auf 500 ° C mit 10 ° / min, Haltezeit 15 min. Langsam auf RT nach diesem. </li><li> Schneiden Sie die Master-Platte in die Gewährleistung genügend Platz rund um die bedruckte Folie für die Dichtung nach angewandt werden Einzelelektroden. Entfernen Sie alle Glasscherben mit Druckluft. </li><li> Tauchen Elektroden in einem 20 mM TiCl 4 </sub&gt;-Lösung (aq). decken locker und Ort Behälter im vorgeheizten Backofen (70 ° C für 30 min). Subsquently, waschen Sie die Elektroden gründlich und Sinter noch einmal bei 500 ° C für 30 min. </li><li> Sobald auf unter 100 ° C abgekühlt, tauchen die Elektroden in einer 0,5 mM Farbstofflösung. In diesem Fall benutzen D149 in Acetonitril: tert.-Butanol (1: 1). </li><li> Nach dem Färben O / N entfernen Sie die Elektroden und spülen Sie kräftig in Acetonitril für ~ 30 sec ermöglichen dann für weitere 30 sec sitzen. Zurückzutreten Elektroden aus dem Spülbad und trocken mit Druckluft. </li></ol> 1.2. Gegenelektrode Vorbereitung <ol><li> Schneiden Sie ein weiteres Blatt von 2,3 mm F: SnO 2 Glas in 18,3 mm x 27,5 mm große Stücke. </li><li> Tauchen Gegenelektrode in Wasser und bohren Sie ein kleines Loch in der Ecke (φ = 1 mm, 2,5 mm von jeder Ecke), die als Füllung Port zu verwenden, mit einer diamantbestückten Zahn Grat in einer kleinen Tischbohrmaschine montiert. </li><li> Sauber Gegenelektrode gemäß Abschnitt 1.1.1 </li><li> Trockengegenelektrode und auf eine Fliese mit leitenden Seite nach oben. Einen Tropfen Platinsäure-Lösung (H 2 PtCl 6, 10 mM in Ethanol) und verbreitete mit dem Ende einer Pipette. Ort Fliese auf vorgeheizt (400 ° C) Kochplatte für 15 min. Danach entfernen Sie Glas und Fliesen und lassen Sie sich auf eine Bank zu kühlen. </li></ol> 1.3. Reflektor <ol><li> Schneiden Sie ein Stück nichtleitenden 2 mm Glas auf 18,3 mm x 27,5 mm und bohren zwei Löcher in benachbarten Ecken entlang der Längsseite, mit der gleichen Technik wie für die Gegenelektrode (Abschnitt 1.2.2). </li><li> Sauberes Glas, einmal mit dem gleichen Protokoll wie oben (1.1.1) </li><li> Kleben Sie die saubere, trockene Glas auf der Bank auf drei Seiten, mit geringem Rückstand Band. Geben Sie einen Tropfen Al 2 O 3-Paste (2,0 g von 0,3 um Al 2 O 3-Partikel, 2 ml kolloidalem Al 2 O 3 + 1 ml Ethanol) und zeichnen sich mit einem Glasstab. </li><li> Ermöglichen Film zu trocknen, zu entfernen Band und sinter Glas bei 500 ° C für 30 min. </li></ol> 1.4. Gerätemontage <ol><li> Schnitten zwei Chargen aus Heißschmelzkleber Dichtungen. HINWEIS: Die erste, für die DSC, ist 25 um dick und weist Innenabmessungen von 17 mm x 8 mm und Abmessungen von 21 mm × 12 mm. Die SEC, für die Upconversion Kammer, verwendet 60 um Dichtungsmaterial über verdoppelt, um 120 um Dicke zu geben. Zusammengeklappt hat diese Dichtung Innenabmessungen von 17 mm × 21 mm und Abmessungen von 21 mm × 25 mm. </li><li> Platzieren der ersten Dichtung in der Ecke der Gegenelektrode, wodurch die Einfüllöffnung zugänglich ist. Platzieren der Arbeitselektrode über diesem, so dass der bedruckte Bereich ist vollständig innerhalb der Dichtung und eine gute Abdichtung zu erhalten. </li><li> Bewegen diese Anordnung auf eine Heizplatte (120 ° C) und Druck, bis die Dichtung weich wird und schmilzt, die visuell als Dichtung benetzt die Glasoberflächen beobachtet werden kann. Entfernen Sie die Montage und abkühlen lassen. </li><li> Ortzweite Dichtung auf Reflektor, werden wieder die Gewährleistung Einfüllöffnungen nicht abgedeckt. Platzieren DSC auf, so dass die bedruckte Fläche direkt vor der gedruckten Aluminiumoxid Reflektor. Wieder einmal erhitzen Gerät während Druck, bis die Dichtung weich und haftet, wie in Abschnitt 1.4.3. Diese Anordnung ist in Abbildung 1 dargestellt. </li></ol> 1.5. Füllen von Hohlräumen <ol><li> Vorbereitung einer Elektrolytlösung von 0,1 M LiI, 0,6 M 1,2-Dimethyl-3-propylimidazoliumjodid und 0,05 M Jod in Methoxypropionitril. </li><li> Stellen Sie das Gerät in einem kleinen Plastikbehälter mit Vakuumröhre angebracht, mit der Gegenelektrode nach oben. </li><li> Geben Sie einen Tropfen der Elektrolytlösung über das Loch und ein Stück Glas an der Spitze. Vakuum gelten für ein paar Sekunden die Luft aus dem Hohlraum DSC zu extrahieren, vor der Freigabe, die Elektrolyt in den Hohlraum ziehen wird. </li><li> Bereiten Sie die Dichtungen durch Laminieren Schmelzdichtungsmaterial auf Aluminiumfolie. Lassen Sie diese auf einer Kochplatte, gasket Materialseite auf. Reinigen Sie die Rückseite der Gegenelektrode gründlich und versiegeln von Pressvorrichtung gegen das Dichtungsmaterial für ~ 5 sek. </li><li> Bereiten TTA-UC-Lösung durch Auflösen von 0,6 mm von Pd Farbstoff (tetrakis(3,5-di-tert-butylphenyl)-6&#39;-amino-7&#39;-nitro-tetrakisquinoxalino[2,3-b&#39;7,8-b&#39;&#39;12,13-b&#39;&#39;&#39;17,18-b&#39;&#39;&#39;&#39;-porphyrinato) Palladium (II)) und 22 mM Rubren in Benzol. Entlüften diese Lösung gründlich mit flüssigem Stickstoff drei Gefrier-Pump-Auftau-Zyklen. </li><li> Innerhalb eines Handschuhfach, stellen die TTA-UC-Lösung in den Hohlraum zurück, so dass Kapillarkräfte, es zu zeichnen, durch. Einmal voll ist, wieder die Oberfläche zu reinigen gründlich und versiegeln mit einem anderen Stück Aluminium gesichert Dichtungsmaterial. </li></ol> 2. Messung 2.1. Elektrische Kontakte <ol><li> Lötzinn ausgesetzt SnO 2: F arbeiten und Gegenelektroden mit Sonic Lötkolben und Lötzinn entsprechende. </li&gt; <li> Bringen Drähte an Anode und Kathode mit normalen Lot. </li><li> UV-härtenden Epoxid gelten, um die Kanten zu öffnen. ANMERKUNG: Dies geschieht, um als sekundäre Einkapselung der Vorrichtung gegen das Eindringen von Sauerstoff und Verdampfen des Lösungsmittels dienen, sowie die Erhöhung der Robustheit des Gerätes, insbesondere die Drahtbefestigung. </li><li> Befestigen Sie die Anode und Kathode Draht zu einer offenen BNC-Kabel durch eine Klemmleiste. </li></ol> 2.2. IPCE Messaufbau <ol><li> Mit Hilfe der schematisch in Abbildung 2 dargestellt Setup, montieren Sie die integrierte Vorrichtung auf einen Zellenhalter. </li><li> Beleuchten einen Abschnitt der integrierten Einrichtung (~ 2 mm × 1 mm) mit einem 670 nm kontinuierlichen Laserstrahl (der &quot;Pumpstrahl&quot;) über einen Spiegel auf einer einstellbaren Halterung. </li><li> Beleuchten die integrierte TTA-UC DSC mit inkohärente quasi-monochromatischen Licht (der &quot;Sondenstrahl &#39;), die unter Verwendung einer Xe-Lampe, ging zunächst durch einen 405 nm Langpassfilter, dann ein choppeR Spur bei 29 Hz, einem Monochromator, eine abgewinkelte Glasobjektträger (als ~ 4% Strahlteiler verwendet) und einen Parabolspiegel in Betrieb. Generieren Sie einen Hintergrund Triplett Bevölkerung in der TTA-UC-Schicht durch Anregung des UC-Schicht mit dem Pumpstrahl, der Vorfall in einem solchen Winkel, dass sie die angetasteten DSC aktive Schicht, sondern nur die UC-Schicht nicht zu beleuchten ist. </li><li> Richten Sie die Pumpe und Sondenstrahl auf der TTA-UC-Schicht unter Verwendung der verstellbare Spiegelhalter. Messen Sie die von der Sonde, wie es über das sichtbare Spektrum in Schritten von 5 nm über einen dynamischen Signalerfassungsgerät, Stromverstärker und Haussteuerungssoftware gescannt wird erzeugt, Kurzschlussstrom. </li><li> Gleichzeitig erfassen die Leistungsänderung der Sondenstrahl von der Objektträger mit einem Leistungsmesser und einer Photodiode mit Analogausgang mit der Signalerfassungseinrichtung zugeführt wird reflektiert. Korrigieren der J SC von der Vorrichtung von der Sonde Variation in der Software. </li><li> Verdrängen den Pumpstrahl leicht mit dem verstellbaren Spiegel<html> Halterung, so daß er trifft die aktive Schicht der Vorrichtung benachbart zu der Sondenstrahl. Wiederholen Sie die Messung mit der Pumpe und Sondenstrahl falsch ausgerichtet. </li><li> Aufzeichnung sechs Sätze von Messungen mit Ausrichtung und Fehlausrichtung in der gleichen Position für eine bessere Signal-Rausch-Verhältnis. </li><li> Reduzieren Sie die Pumpenstrahlintensität, indem Sie auf das Pumpstrahl verschiedene Graufilter mit bekannten Getrieben bei 670 nm, und wiederholen Sie die Schritte 2.2.4 bis 2.2.7 für eine Reihe von Intensitäten. </li><li> Messen Sie die integrierte Vorrichtung J SC ohne die Pumpstrahlquelle aktiv. </li><li> Messung der Sondenleistung fällt auf die DSC in Bezug auf von der Photodiode erzeugt wird, indem die Photodiode an der Probenposition. </li><li> Messung der Transmission des untersuchten Vorrichtung mit der UC Kammer mit einer UV-Visible Spectrophotometer die Übertragungsspektrum T DSC erhalten wurde. Hinweis: Dies kann abwechselnd zwischen den Schritten 1.4 und 1.5 durchgeführt werden. </li></ol>&quot;&gt; 2.3. Pump Quelle Charakterisierung <ol><li> Messen Sie den Pumpstrahl Leistung bei der DSC-Position für jede Filterbedingung verwendet wird, mit Hilfe der Photodiode und Leistungsmesser (wie in Abschnitt 2.2.10 beschrieben). </li><li> Ein Foto des Pumpstrahles auf ein Stück Papier Gitter an einer Position äquivalent zu denen der TTA Schicht während des Experiments war vorsteht. Stark dämpfen den Strahl bei Bedarf zur Sättigung der Kameradetektor zu vermeiden. Verwenden Sie dieses Bild und Bildanalyse-Software, um die Pumpe Punktgröße zu bestimmen. </li></ol> 3. Datenverarbeitung 3.1. Interpolieren, alle Daten auf 1 nm-Schritten. 3.2. IPCE Bestimmung <ol><li> Berechnen der Photonenfluss (φ) Erreichen der integrierten Vorrichtung von der Sonde gemessenen Leistung als von der Photodiode (I) erzeugt wird und die elektrische Ladung (q): </li><li> Berechnen Sie die Zelle einfallenden Photons auf umgeElektronenEffizienz (IPCE 0) der Device aus der J SC Messung ohne Pumpe Beleuchtung und der Sonde Fluss. </li><li> Nehmen Sie die Verhältnisse zwischen den Messungen mit Pumpe und Sonde ausgerichtet und falsch ausgerichtet, um die relativen Verbesserungen von der Aktivierung der Aufwärtswandler zu erhalten. </li><li> Solarkonzentrationsfaktor Bestimmung </li><li> Konvertieren Sie die Extinktionskoeffizienten des Sensibilisator in Absorptionsquerschnitt σ. </li><li> Beziehen des Anregungsrate der Sensibilisator unter Standard AM1.5G Sonnenspektrums (φ k), die durch die Verwendung der Produkte der Photonenflussdichte aus dem Sonnenspektrum, Lässigkeit der DSC und der Sensibilisator (σ) bei jeder Wellenlänge, und dann Summieren der Produkte für die Sensibilisierungs Q-Band-Absorption, typischerweise 600 nm bis 750 nm aufweist. </li><li> Berechnen Sie, aus der Befugnisse und Punktgröße der Pumpquelle, die Photonenflussdichten der Pumpe mit verschiedenen Graufilter. Dann nehmen Sie die Produkte der Flussdichten, Lässigkeit des DSC und den Sensibilisator bei670 nm, um die Pumpe Anregungsraten zu erhalten. </li><li> Berechnen der Solarkonzentrationsfaktor (ʘ) aus dem Verhältnis der Pumpenanregungsfrequenz an die Anregungsfrequenz unter AM1.5G Bedingungen. </li></ol> 3.3. Modellanpassung und Fakten Verdienst Bestimmung <ol><li> Passen ein Modell der relativen Verbesserung = 1 + Konstante x (T DSC / IPCE 0) × [(σ × σ pumpen Sonde) / (σ + σ Pumpe Sonde)], auf die experimentelle Erweiterung Resultate aus, die Pumpe und σ σ Sonde Querschnitte in Bezug auf die Pumpe und die Sondenwellenlängen; σ Pumpe für jede Pumpintensität festgelegt und σ Sonde mit der Wellenlänge variiert. </li><li> Schätzen Sie die Erweiterung in J SC von der Upconversion-Effekt (AJ SC) aus den Unterschieden zwischen UC und IPCE IPCE 0 und der solaren Strahlungsflusses densit erhalteny. </li><li> Berechnen des BFM durch Normalisierung AJ SC durch das Quadrat der Solarkonzentrationsfaktor, da TTA-UC hat eine quadratische Abhängigkeit von Eingangsleistung bei niedrigen Anregungsintensität. </li></ol>

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Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+light-harvesting+of+amorphous+silicon+solar+cells+with+photochemical+upconversion.">Improving the light-harvesting of amorphous silicon solar cells with photochemical upconversion.</a> Energ. Environ. Sci. 5 (5), 6953-6959 (2012).</li><li>Dominici, L., Kosyachenko, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dye-Sensitized+Solar+Cells:+Basic+Photon+Management+Strategies.">Dye-Sensitized Solar Cells: Basic Photon Management Strategies.</a> Solar Cells - Dye-Sensitized Devices. , 291 (2011).</li><li>Schulze, T. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photochemical+Upconversion+Enhanced+Solar+Cells:+Effect+of+a+Back+Reflector.">Photochemical Upconversion Enhanced Solar Cells: Effect of a Back Reflector.</a> Aust. J. Chem. 65 (5), 480-485 (2012).</li><li>Schulze, T. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficiency+Enhancement+of+Organic+and+Thin-Film+Silicon+Solar+Cells+with+Photochemical+Upconversion.">Efficiency Enhancement of Organic and Thin-Film Silicon Solar Cells with Photochemical Upconversion.</a> J. Phys. Chem. C. 116 (43), 22794-22801 (2012).</li><li>Haefele, A., Blumhoff, B., Khnayzer, R. S., Castellano, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Getting+to+the+(Square)+Root+of+the+Problem:+How+to+Make+Noncoherent+Pumped+Upconversion+Linear.">Getting to the (Square) Root of the Problem: How to Make Noncoherent Pumped Upconversion Linear.</a> J. Phys. Chem. Lett. 3, 299-303 (2012).</li><li>Lewitzka, F., L&#246;hmannsr&#246;ben, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+Triplet+Teracene+and+Triplet+Rubrene+in+Solution.">Investigation of Triplet Teracene and Triplet Rubrene in Solution.</a> Z. Phys. Chem. 150, 69-86 (1986).</li><li>Ventura, B., Esposti, A. D., Koszarna, B., Gryko, D. T., Flamigni, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photophysical+characterization+of+free-base+corroles,+promising+chromophores+for+light+energy+conversion+and+singlet+oxygen+generation.">Photophysical characterization of free-base corroles, promising chromophores for light energy conversion and singlet oxygen generation.</a> New J. Chem. 29, 1559-1566 (2005).</li><li>MacQueen, R. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+upconverters+for+improved+solar+cell+performance.">Nanostructured upconverters for improved solar cell performance.</a> Proceedings SPIE. 8824, 882408-882409 (2013).</li><li>Yella, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porpyrin-sensitized+Solar+Cells+with+Cobalt+(II/III)-based+redox+electrolyte+exceed+12+percent+efficiency.">Porpyrin-sensitized Solar Cells with Cobalt (II/III)-based redox electrolyte exceed 12 percent efficiency.</a> Science. 334, 629-634 (2011).</li></ol>

There is nothing to disclose.

Dieses Protokoll stellt ein Mittel zur Aufkonversion verbesserte DSC und detailliert auf, wie man so ein Gerät richtig zu messen erzielen. Das BFM ermöglicht die einfache Berechnung der erwarteten AJ SC Verbesserungen bei unterschiedlichen Lichtintensitäten zu erwarten, auch auf 1 Sonne. Die hier angezeigten Werte sind invariant Lichtintensität (Einschub in Abbildung 4), pro Erwartung, wenn das System unter seine Sättigungsschwelle 33. Das BFM mit, können wir den Verstärkung...

Farbstoff-Solarzellen (DSC) als eine vielversprechende Konzept in erschwinglichen Solarenergie Sammlung 1-3 proklamiert. Trotz dieser Begeisterung noch weit verbreitete Kommerzialisierung auftreten. Eine Reihe von Gründen sind vorn für diese setzen, mit einem drängenden Problem wobei der relativ hohe Energieabsorption der Beginn, die Begrenzung der erreichbaren Lichtsammeleffizienz dieser Geräte 4. Obwohl dies überwunden werden, Absenken der Absorptionsbeginn wird typischerweise durch einen Abfall der Leerlaufspannung, die überproportional erodiert irgendwelche Gewinne in der Stromdichte 5, 6 verbunden. Der allgemeine Betrieb des DSCs einen Elektronentransfer von einem photoangeregten Farbstoffs auf einem Halbleiter (in der Regel TiO 2), gefolgt von der Regeneration der oxidierte Farbstoff durch einen Redox-Mediator. Beide Prozesse scheinen wesentliche Antriebskräfte (potenziellen), um mit hoher Effizienz 7 vorgehen müssen </sup&gt;. Mit solch signifikanten inhärenten Verluste, wird es offensichtlich, dass die optimale Absorption Beginn für diese Geräte ist in der Energie recht hoch. Ähnliche Probleme für die organische Photovoltaik (OPV), was gibt es noch einmal auf die für eine effektive Ladungstrennung erforderlichen großen chemischen Antriebskräfte. Dementsprechend Vorhersagen der oberen solarelektrischen Wandlereffizienz Grenzen Single-Junction-Geräte basierend auf diesen beiden Technologien beinhalten Absorber mit breit (effektiv) 4 Bandlücken. Um die Lichtsammel oben aufgeworfenen Frage zu überwinden, eine Reihe von Ansätzen getroffen. Dazu gehört auch die &quot;dritte Generation&quot; 8 Ansätze der Tandemstrukturen 9, 10 und Photon Upconversion 11-14. Kürzlich berichteten wir, 11 eine integrierte Vorrichtung eines DSC-Arbeits-und Gegenelektrode besteht, mit einem Triplett-Triplett-Annihilation basierend Up-Conversion (TTA-UC)-System integriert inan der Struktur. Diese TTA-UC Element konnte rotes Licht durch die aktive Schicht übertragen ernten und chemisch umwandeln (wie im Detail unten beschrieben), um Photonen höherer Energie, die durch die aktive Schicht des DSC aufgenommen werden könnte und erzeugen Photo. Es gibt zwei wichtige Punkte, die über dieses System beachten. Erstens hat TTA-UC viele potenzielle Vorteile gegenüber anderen Systemen Photonen Upconversion 11; zweitens zeigt eine Architektur machbar (proof-of-principle) für den Einbau von TTA-UC, die aus dem TTA-UC Literatur bis dahin gefehlt hat. Der Prozess der TTA-UC 15-24 beinhaltet die Anregung von &#39;Sensibilisator &quot;Moleküle, in diesem Fall Pd Porphyrine, durch Licht mit Energie unterhalb der Vorrichtung beginn Energie. Die Singulett-angeregten Sensibilisatoren unterziehen schnelle Intersystem-Crossing auf die niedrigste Energie-Triplett-Zustand. Von dort aus können sie Energie zu einem Triplett-Grundzustand-Annahme &quot;Emitter &amp; # übertragen8217; Arten, wie Rubren, solange die Übertragung von freier Energie 25 erlaubt. Die erste Triplett-Zustand von Rubren (T 1) größer ist als die Hälfte der Energie des ersten angeregten Singulett-Zustand (S 1), aber weniger als die Hälfte der Energie von T 2, was bedeutet, dass eine Begegnung Komplex von zwei Triplett-angeregten rubrenes können, um zu vernichten Geben angeregten Singulett-Emitter-Molekül (und der andere im Grundzustand) mit einer ziemlich hohen Wahrscheinlichkeit. Andere Staaten, statistisch vorhergesagt, sind die meisten wahrscheinlich energetisch nicht zugänglich Rubren 26. Die angeregten Singulett Rubren Molekül kann dann ein Photon (per Fluoreszenz) mit Energie, die ausreicht, um den Farbstoff auf der Arbeitselektrode des DSC erregen. Dieses Verfahren ist in 1 gezeigt Trick. TTA-UC bietet eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu anderen UC Systemen wie einem breiten Absorptionsbereich und inkohärenter Natur 27, 28, so dass es eine attraktive Option für COUpling mit DSC (sowie OPV). TTA-UC hat sich gezeigt, die bei relativ niedrigen Lichtintensitäten und in diffuse Lichtverhältnisse. Sowohl DSC und OPV sind am effizientesten in der niedrigen Lichtstärke-Regimes. Solar Konzentration ist teuer und nur für hohe Effizienz, hohe Kosten-Geräte vertretbar. Auf den Prozess, der Sensibilisator Chromophoren mit starken, breiten Absorptionsbanden im Konzert mit langlebigen Triplett-Zustände, die durch Diffusion in Ordnung sind, in Kontakt mit wechselwirkenden Spezies kommen die relativ hohe Leistung der TTA-UC-Systeme in geringer Intensität Lichtverhältnissen ist . Zusätzlich TTA-UC wurde gefunden, hoher intrinsischer Wirksamkeit einer kinetischen Studie 26 haben. Obwohl TTA-UC arbeitet bei geringer Lichtintensität, gibt es noch eine quadratische Beziehung zwischen einfallenden Lichtintensität und emittierte Licht (zumindest bei niedrigen Lichtintensitäten). Dies ist aufgrund der bimolekularen Natur des Verfahrens. Zur Rechenschaftfür diese und die vielfältigen experimentellen Bedingungen (insbesondere Lichtintensität) von verschiedenen Gruppen berichtet, sollte eine Gütezahl System (BFM), um die Leistungssteigerung Meter von Upconversion angeboten eingesetzt werden. Diese FoM als AJ SC / ʘ, wo AJ SC ist die Erhöhung der Kurzschlussstrom (in der Regel durch die Integration des einfallenden Photons bestimmt Carrier Efficiency, IPCE, mit und ohne die Upconversion Effektladung) und ʘ definiert worden ist die effektive Solar Konzentration (bezogen auf die Photonenflusses in dem relevanten Bereich, also der Q-Band-Absorption des Sensibilisators) 2 29. Hier, ein Protokoll für die Herstellung und Charakterisierung eines integrierten richtig DSC-TTA-UC-Gerät wird berichtet, wobei besonderes Augenmerk auf mögliche Fallstricke in der Geräteprüfung. Es ist zu hoffen, dass dies als Grundlage für die weitere Arbeit in diesem Bereich dienen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1100">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:200px;">Company</td>
			<td style="width:160px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:245px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:495px;">(tetrakis(3,5-di-tert-butylphenyl)-6&#8217;-amino-7&#8217;-nitro-tetrakisquinoxalino[2,3-b&#39;7,8-b&#39;&#39;12,13-b&#39;&#39;&#39;17,18-b&#39;&#39;&#39;&#39;-porphyrinato) palladium(II))</td>
			<td style="width:200px;">in house</td>
			<td style="width:160px;">in house</td>
			<td>Chem. Commun., 4851&#8211;4853 (2007)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide</td>
			<td style="width:200px;">Solaronix</td>
			<td style="width:160px;">33150</td>
			<td>Material warning: Irritant</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">405 nm longpass filter</td>
			<td style="width:200px;">Semrock</td>
			<td>BLP01-405R-25</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">670 nm laser</td>
			<td style="width:200px;">Thorlabs</td>
			<td>LDS5 + CPS198</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Acetone</td>
			<td style="width:200px;">Chemsupply</td>
			<td style="width:160px;">AA008-20L-P</td>
			<td>Material warning: Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Acetonitrile</td>
			<td style="width:200px;">Sigma</td>
			<td style="width:160px;">271004</td>
			<td>Material warning: Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Alumina</td>
			<td style="width:200px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:160px;">12733</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Alumina</td>
			<td style="width:200px;">Leeco</td>
			<td style="width:160px;">810-782</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Back filling chamber</td>
			<td style="width:200px;">Sistema</td>
			<td style="width:160px;">1303</td>
			<td>Kilip it round, modified</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Benzene</td>
			<td style="width:200px;">Scharlau</td>
			<td style="width:160px;">BE0033</td>
			<td>Material warning: Toxic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">BNC cable</td>
			<td style="width:200px;">Jaycar</td>
			<td style="width:160px;">RG- 59U</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Cerasolzer</td>
			<td style="width:200px;">MBR</td>
			<td style="width:160px;">CS186</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Chopper wheel</td>
			<td style="width:200px;">Thorlabs</td>
			<td>MC1000A</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Control software</td>
			<td style="width:200px;">in house</td>
			<td style="width:160px;">in house</td>
			<td>Written in LabVIEW</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Current Amplifier</td>
			<td>Standford Research&#160;</td>
			<td style="width:160px;">SR 570</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">D149 dye</td>
			<td style="width:200px;">1m</td>
			<td style="width:160px;">OSO149</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Dental burr</td>
			<td style="width:200px;">Priority dental supplies</td>
			<td style="width:160px;">835.104.008</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Detergent</td>
			<td style="width:200px;">Palmolive</td>
			<td style="width:160px;">Original</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Diamond wheel</td>
			<td style="width:200px;">Frameco</td>
			<td style="width:160px;">14220</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Drill</td>
			<td style="width:200px;">Dremmel</td>
			<td style="width:160px;">220</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Dynamic dignal acquisition device</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td style="width:160px;">USB-4431</td>
			<td>Analog to Digital</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Ethanol</td>
			<td style="width:200px;">Univar</td>
			<td style="width:160px;">214</td>
			<td>Material warning: Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:495px;">F:SnO2 glass</td>
			<td style="width:200px;">Hartford</td>
			<td style="width:160px;">TEC8</td>
			<td>2.3mm, &#60; 8 &#937;/&#9633;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Glovebox</td>
			<td style="width:200px;">IT systems</td>
			<td style="width:160px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:495px;">H2PtCl6</td>
			<td style="width:200px;">Sigma</td>
			<td style="width:160px;">334472</td>
			<td>Material warning: corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Hot melt adhesive gasket</td>
			<td style="width:200px;">Solaronix</td>
			<td style="width:160px;">Meltronic 1170-25</td>
			<td style="width:245px;">Surlyn</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Hot melt adhesive gasket</td>
			<td style="width:200px;">Solaronix</td>
			<td style="width:160px;">Meltronix 1170-60</td>
			<td style="width:245px;">Surlyn</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Hotplate</td>
			<td style="width:200px;">Harry Gestigkeit</td>
			<td style="width:160px;">PR 5 3T / PZ28-3T</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Hotplate</td>
			<td style="width:200px;">IKA</td>
			<td style="width:160px;">RCT basic</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Image analysis software</td>
			<td style="width:200px;">National Institutes for Health</td>
			<td style="width:160px;">Image-J</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Iodine</td>
			<td style="width:200px;">Sigma</td>
			<td style="width:160px;">326143</td>
			<td>Material warning: corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Laser engraver</td>
			<td style="width:200px;">Universal Laser Systems</td>
			<td style="width:160px;">PLS6WM</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Liquid Nitrogen</td>
			<td style="width:200px;">Air Liquide</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Lithium Iodide</td>
			<td style="width:200px;">Aldrich</td>
			<td style="width:160px;">518018</td>
			<td>Material warning: toxic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Methoxypropionitrile</td>
			<td style="width:200px;">Sigma</td>
			<td style="width:160px;">65290</td>
			<td>Material warning: Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Mirror</td>
			<td style="width:200px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:160px;">PF10-03-P01</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Mirror mount</td>
			<td style="width:200px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:160px;">KM100</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Monochromator</td>
			<td style="width:200px;">Spectral Products&#160;</td>
			<td>CM110</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Neutral density filters</td>
			<td style="width:200px;">Edmund Industrial Optics</td>
			<td style="width:160px;">64-352</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Parabolic mirror</td>
			<td style="width:200px;">Newport</td>
			<td style="width:160px;">50329AL, 50338AL</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Photodiode</td>
			<td>Newport</td>
			<td>918D-UV-OD3</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Power meter</td>
			<td>Newport</td>
			<td style="width:160px;">1936-C</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Rubrene</td>
			<td style="width:200px;">Sigma</td>
			<td style="width:160px;">551112</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Semi-automatic screen printer</td>
			<td style="width:200px;">Keywell</td>
			<td style="width:160px;">KY-500FH</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Spray pyrolyser</td>
			<td style="width:200px;">Glaskeller</td>
			<td style="width:160px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Tape</td>
			<td style="width:200px;">3M</td>
			<td style="width:160px;">Magic Tape</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Terminal block</td>
			<td style="width:200px;">Jaycar</td>
			<td>HM3194</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">tert-Butanol</td>
			<td style="width:200px;">Sigma</td>
			<td style="width:160px;">360538</td>
			<td>Material warning: Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">TiCl4</td>
			<td style="width:200px;">Sigma</td>
			<td style="width:160px;">89545</td>
			<td>Material warning: corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Tile</td>
			<td style="width:200px;">Johnson tiles</td>
			<td style="width:160px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:495px;">Tile cutter</td>
			<td style="width:200px;">DTA</td>
			<td style="width:160px;">DTA-310</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">TiO2 paste</td>
			<td style="width:200px;">Dyesol</td>
			<td style="width:160px;">NR18-T</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) (75% in isopropanol)</td>
			<td style="width:200px;">Aldrich</td>
			<td style="width:160px;">325252</td>
			<td>Material warning: Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Ultrasonic soldering iron</td>
			<td style="width:200px;">MBR</td>
			<td style="width:160px;">USS-9200</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">UV cure epoxy</td>
			<td style="width:200px;">Dymax</td>
			<td style="width:160px;">425</td>
			<td>Material warning: Irritant</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">UV cure system</td>
			<td style="width:200px;">Dymax</td>
			<td style="width:160px;">BlueWave 50</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">UV Visible Spectrophotometer</td>
			<td style="width:200px;">Varian Cary</td>
			<td style="width:160px;">1E</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Vacuum cuvette</td>
			<td style="width:200px;">Custom made</td>
			<td style="width:160px;">Custom made</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:495px;">Vacuum pump</td>
			<td style="width:200px;">N/A</td>
			<td style="width:160px;">Rotary backed diffusion pump</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Wipes</td>
			<td style="width:200px;">Kimtech</td>
			<td style="width:160px;">34120KC</td>
			<td>Kimwipes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:495px;">Xe lamp</td>
			<td>Energetiq&#160;</td>
			<td style="width:160px;">LDLSTM EQ-1500</td>
			<td style="width:245px;">White light source</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

integrating a triplet-triplet annihilation up-conversion system to enhance dye-sensitized solar cell response to sub-bandgap light

Die schlechte Reaktion von Farbstoff-Solarzellen (DSC) auf Rot und Infrarot-Licht ist ein wesentliches Hindernis für die Verwirklichung höherer Photo und damit höhere Wirkungsgrade. Aufkonversion durch Triplett-Triplett-Annihilation (TTA-UC) ist eine attraktive Technik für die Verwendung dieser sonst verschwendet Photonen niedriger Energie zu produzieren Photo, die zwar nicht mit der Leistung in photoanodic schädlicher Weise zu stören. Ferner dazu hat TTA-UC eine Anzahl von Merkmalen, die sich von anderen berichtet Aufkonversion Technologien, die es besonders geeignet für die Kopplung mit der DSC-Technologie macht. In dieser Arbeit, einer bewährten Hochleistungs-TTA-UC-System, bestehend aus einer Palladium-Porphyrin-Sensibilisator und Rubren Emitter wird mit einem Hochleistungs DSC (Verwendung des organischen Farbstoff D149) in einem integrierten Gerät vereint. Das Gerät zeigt eine verbesserte Reaktion auf Unterbandlücke Licht über dem Absorptionsbereich des TTA-UC-Untereinheit, was zu der höchsten figurieren von Verdienst für Up-Conversion unterstützt DSC Leistung auf dem Laufenden.

Figuren 3A - D Anzeigeverbesserung Reaktionen unter verschiedenen Messbedingungen gemessen, wobei die Effekte in mehr Detail unten diskutiert. Aus den Ausgangsstromdichte Verbesserungen sollte klar sein, dass die Ergebnisse in Figur 4A und 4B sind auf Upconversion, mit dem Spitzenstromverstärkung und Verbesserung IPCE passend auch mit dem Absorptionsspektrum des Sensibilisators durch Übertragung durch die aktive Schicht des abgeschwächten DSC. <p...

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Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

Ein integriertes Gerät, das eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle und Triplett-Triplett-Annihilation-Umwandlungseinheit hergestellt Man erhält verbesserte Lichtsammlung, von einem breiteren Abschnitt des Sonnenspektrums. Unter bescheidenen Einstrahlung eine deutlich verbesserte Reaktion auf Photonen niedriger Energie wurde demonstriert, was eine Rekordzahl für farbstoffsensibilisierte Solarzellen.

Integration einer Triplett-Triplett-Annihilation Up-Conversion-System, um Farbstoffsolarzellantwort auf Sub-Bandgap-Licht Enhance

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

integrating-triplet-triplet-annihilation-up-conversion-system-to

Research

JoVE Journal

Engineering

12.5K Aufrufe.  The University of Wollongong.  Ein integriertes Gerät, das eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle und Triplett-Triplett-Annihilation-Umwandlungseinheit hergestellt Man erhält verbesserte Lichtsammlung, von einem breiteren Abschnitt des Sonnenspektrums. Unter bescheidenen Einstrahlung eine deutlich verbesserte Reaktion auf Photonen niedriger Energie wurde demonstriert, was eine Rekordzahl für farbstoffsensibilisierte Solarzellen. 

Serie: Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen mit Plasmonische-enhanced Light-Trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Forschung

Ingenieurwesen

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

Mit Neutron Spin Echo Gelöste Grazing Incidence Scattering zur Untersuchung organischer Solarzellenmaterialien

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integration of Light Trapping Silber-Nanostrukturen in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells durch Transferdruck

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

Mit Synchrotronstrahlung Mikrotomographie Mehrskalige Dreidimensionale Mikroelektronische Bauteile zur Untersuchung

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und<em&gt; In Situ</em&gt; Morphologie Charakterisierung

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 &#181;m thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm2 and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 &#176;C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 &#730;C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO2 nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm2 and an efficiency of 3.5%.

Digitaldruck von Titandioxid für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring minimal amounts of test materials (min. 200 mg), for studying powder aerosolization behavior and aerosol properties. The aerosolization procedure follows the concept of the fluidized-bed process, but occurs in the modified volume of a V-shaped aerosol generator. The airborne particle number concentration is adjustable by controlling the air flow rate. The system supplied stable aerosol generation rates and particle size distributions over long periods (0.5-2 hr and possibly longer), which are important, for example, to study aerosol behavior, but also for toxicological studies. Strict adherence to the operating procedures during the aerosolization experiments ensures the generation of reproducible test results. The critical steps in the standard protocol are the preparation of the material and setup, and the aerosolization operations themselves. The system can be used for experiments requiring stable aerosol concentrations and may also be an alternative method for testing dustiness. The controlled aerosolization made possible with this setup occurs using energy inputs (may be characterized by aerosolization air velocity) that are within the ranges commonly found in occupational environments where nanomaterial powders are handled. This setup and its operating protocol are thus helpful for human exposure and risk assessment.

We designed and developed an effective nanopowder aerosolization setup and operating protocol. The system generated nanoparticle aerosols with stable number concentrations and size distributions for long durations, requiring only small quantities of test material (min. 200 mg).

Ein System zu schaffen Stabile Nanoparticle Aerosols aus Nanopulver

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring ...

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of electrospun titanium dioxide nanofibers (TiO2-NFs) on top of a blocking layer made of commercially available titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NPs). This is achieved by first electrospinning a solution of titanium (IV) butoxide, polyvinylpyrrolidone (PVP), and glacial acetic acid in ethanol to obtain composite PVP/TiO2 nanofibers. These are then calcined at 500 &#176;C to remove the PVP and to obtain pure anatase-phase titania nanofibers. This material is characterized using scanning electron microscopy (SEM) and powder X-ray diffraction (XRD). The photoanode is prepared by first creating a blocking layer through the deposition of a TiO2-NPs/terpineol slurry on a fluorine-doped tin oxide (FTO) glass slide using doctor blading techniques. A subsequent thermal treatment is performed at 500 &#176;C. Then, the light-scattering layer is formed by depositing a TiO2-NFs/terpineol slurry on the same slide, using the same technique, and calcinating again at 500 &#176;C. The performance of the photoanode is tested by fabricating a dye-sensitized solar cell and measuring its efficiency through J-V curves under a range of incident light densities, from 0.25-1 Sun.

The overall goal of this project was to use electrospinning to fabricate a photoanode with improved performance for dye-sensitized solar cells.

Elektrospinnen von photokatalytischen Elektroden für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basierte Methodik zur quantitativen Bewertung von Vorwärts- und Rücklichtlichtstreuung aus Intraokularlinsen

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is composed of two materials, a plastic and an elastomer, whose dispersion characteristics (refractive index variation with wavelength) are different. We first designed the lens geometry and then used ray-tracing simulation, based on the Monte Carlo method, to analyze its performance from the point of view of both optical efficiency and the maximum attainable concentration. Afterwards, ADG Fresnel lens prototypes were manufactured using a simple and reliable method. It consists of a prior injection of plastic parts and a consecutive lamination, together with the elastomer and a glass substrate to fabricate the parquet of ADG Fresnel lenses. The accuracy of the manufactured lens profile is examined using an optical microscope while its optical performance is evaluated using a solar simulator for concentrator photovoltaic systems. The simulator is composed of a xenon flash lamp whose emitted light is reflected by a parabolic mirror. The collimated light has a spectral distribution and an angular aperture similar to the real Sun. We were able to assess the optical performance of the ADG Fresnel lenses by taking photographs of the irradiance spot cast by the lens using a charge-coupled device (CCD) camera and measuring the photocurrent generated by several types of multi junction (MJ) solar cells, which have been previously characterized at a solar simulator for concentrator solar cells. These measurements have demonstrated the achromatic behavior of ADG Fresnel lenses and, as a consequence, the suitability of the modelling and manufacturing methods.

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass ADG Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens makes use of two materials with differing dispersion to reduce chromatic aberration and increase attainable concentration. In this paper, a protocol for the complete characterization of the ADG Fresnel lens is presented.

Indoor experimentelle Bewertung der Effizienz und der Bestrahlungsstärke vor Ort von der achromatischen Doublet auf Glas (ADG) Fresnel-Linse für die Konzentration Photovoltaik