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. Lavorare elettrodi Preparazione <ol><li> Pulire un intero foglio di F: SnO 2 vetro rivestito (110 mm × 110 millimetri × 2,3 millimetri, &lt;8 Ω / □) mediante ultrasuoni in sequenza in acqua e sapone, poi acetone e infine l&#39;etanolo (10 minuti ciascuno). </li><li> Depositare un denso strato di TiO 2 seguendo la procedura riportata di seguito: <ol><li> Vetro a secco utilizzando il vetro di aria compressa e calore a 450 ° C sulla piastra (conduttore rivolto verso l&#39;alto). </li><li> Diluire Titanium diisopropoxide bis (acetilacetonato) (75% in peso in isopropanolo) con etanolo in un rapporto di 1: 9. </li><li> Spruzzare la soluzione diluita su vetro riscaldato da una distanza di circa 100 mm, con cinque spray attraverso la lastra di vetro. </li><li> Spruzzare un round per 10 sec per 12 giri. </li><li> Mantenere vetro a 450 ° C per altri 5 minuti, prima di spegnere il fornello. Lasciare il bicchiere sul piano di cottura e lasciarlo raffreddare lentamente a RT. </li></ol></li><li> Posizionare il vetro supiano della stampante schermo (ancora una volta conduttore rivolto verso l&#39;alto). Inserire schermo e allineare modello di vetro. Aggiungi TiO 2 pasta di schermo e stampare uno o due strati. Se il deposito di due strati, rimuovere la piastra di vetro da stampante tra le stampe, coprire e lasciare riposare per ~ 5 min, poi il calore a 125 ° C per 10 minuti prima di tornare alla stampante per stampare un livello successivo. </li><li> Una volta che la stampa finale è fatto di esecuzione di un programma completo di sinterizzazione. Riscaldare gli elettrodi a 150 ° C a 12,5 ° / min, tenere 10 minuti, poi a 325 ° C a 11,7 ° / min, tenere 5 minuti, poi a 375 ° C a 10 ° / min, tenere 5 minuti, poi a 450 ° C a 10,7 ° / min, tenere 30 minuti e infine a 500 ° C a 10 ° / min, tenere 15 min. Lentamente fresco di RT dopo questo. </li><li> Tagliare il piatto principale in singoli elettrodi di garantire che vi sia spazio sufficiente attorno al film stampato per la guarnizione da applicare dopo. Rimuovere eventuali frammenti di vetro con aria compressa. </li><li> Immergere gli elettrodi in un TiCl 4 20 mM </sub&gt; soluzione (aq.), coprire liberamente ed il contenitore posto in un forno già caldo (70 ° C per 30 min). Subsquently, lavare accuratamente gli elettrodi e sinterizzazione di nuovo a 500 ° C per 30 min. </li><li> Una volta raffreddato al di sotto di 100 ° C, immergere gli elettrodi in una soluzione colorante 0,5 mM. In questo caso l&#39;uso, D149 in acetonitrile: tertbutanol (1: 1). </li><li> Dopo la tintura O / N rimuovere gli elettrodi e sciacquare vigorosamente in acetonitrile per ~ 30 secondi quindi lasciare riposare per altri 30 sec. Estrarre gli elettrodi dal bagno di risciacquo e asciugare con aria compressa. </li></ol> 1.2. Contatore elettrodi Preparazione <ol><li> Tagliare un altro foglio di 2,3 mm F: SnO 2 bicchiere in 18,3 millimetri x 27,5 millimetri pezzi. </li><li> Immergere contatore elettrodo in acqua e praticare un piccolo foro in un angolo (φ = 1 mm, 2,5 millimetri da ogni angolo) da utilizzare come porta di riempimento, con una punta di diamante bava dentale montato in un piccolo banco trapano. </li><li> Pulire controelettrodo di cui al punto 1.1.1 </li><li> Controelettrodo secco e posto su una tessera con conduttivo verso l&#39;alto. Applicare una goccia di soluzione di acido platinico (H 2 PtCl 6, 10 mM in etanolo) e si sviluppa con l&#39;estremità di una pipetta. Tegola sul posto già caldo (400 ° C) piastra per 15 minuti. Dopo questo, rimuovere il vetro e piastrelle e lasciare raffreddare su una panchina. </li></ol> 1.3. Riflettore <ol><li> Tagliare un pezzo di non conduttivo 2 millimetri di vetro a 18,3 mm × 27,5 millimetri e due fori negli angoli adiacenti lungo il lato lungo, con la stessa tecnica come per l&#39;elettrodo contatore (punto 1.2.2). </li><li> Vetro pulito, una volta utilizzando lo stesso protocollo di cui sopra (1.1.1) </li><li> Nastro il vetro pulito e asciutto per la panchina su tre lati, con del nastro residuo basso. Applicare una goccia di Al 2 O 3 pasta (2,0 g di 0,3 micron Al 2 O 3 particelle colloidali, 2 ml di Al 2 O 3 + 1 ml di etanolo) e disegnare giù con una bacchetta di vetro. </li><li> Lasciare pellicola asciugare, rimuovere il nastro e SIvetro nter a 500 ° C per 30 min. </li></ol> 1.4. Montaggio del dispositivo <ol><li> Tagliate due lotti di hot melt guarnizioni adesive. NOTA: la prima, per la DSC, è di 25 micron di spessore e ha dimensioni interne del 17 mm × 8 mm dimensioni esterne del 21 mm × 12 mm. La SEC, per la camera upconversion, utilizza 60 micron materiale della guarnizione raddoppiato negli dare 120 micron di spessore. Una volta piegato, questa guarnizione ha dimensioni interne di 17 millimetri × 21 mm e le dimensioni esterne del 21 mm × 25 mm. </li><li> Posizionare la prima guarnizione nell&#39;angolo del contro elettrodo, assicurando la porta di riempimento è accessibile. Inserire l&#39;elettrodo di lavoro su questo, tali che la superficie stampata è interamente all&#39;interno della guarnizione, ed ottenere una buona tenuta. </li><li> Spostare questa assemblea ad una piastra (120 ° C) e applicare una pressione fino a quando si ammorbidisce e si scioglie guarnizioni, che possono essere osservati visivamente le guarnizioni bagna le superfici di vetro. Rimuovere il gruppo e lasciare raffreddare. </li><li> Postoseconda guarnizione su riflettore, ancora una volta, assicurando orifizi di riempimento non sono coperti. Inserire DSC sopra tali che la superficie stampata è direttamente di fronte al riflettore allumina stampata. Ancora una volta riscaldare dispositivo mentre applicando una pressione, fino a quando la guarnizione ammorbidisce e aderisce, come nella sezione 1.4.3. Questo montaggio è rappresentato nella Figura 1. </li></ol> 1.5. Riempimento di cavità <ol><li> Preparare una soluzione elettrolitica di 0.1 M LiI, 0,6 M 1,2-dimetil-3-propylimidazolium ioduro e 0,05 M di iodio in methoxypropionitrile. </li><li> Posizionare il dispositivo in un piccolo contenitore di plastica con tubo a vuoto attaccato, con il controelettrodo rivolta verso l&#39;alto. </li><li> Mettere una goccia della soluzione elettrolitica sul foro e un pezzo di vetro sulla parte superiore. Applicare il vuoto per un paio di secondi per estrarre l&#39;aria dalla cavità DSC, prima del rilascio, che si avvarrà elettrolita nella cavità. </li><li> Preparare i sigilli accoppiando materiale della guarnizione hot melt su un foglio di alluminio. Lascia questi su una piastra, Gasket lato materiale fino. Pulire la parte posteriore del controelettrodo accuratamente, quindi sigillare premendo dispositivo contro il materiale della guarnizione per ~ 5 sec. </li><li> Preparare la soluzione TTA-UC sciogliendo 0,6 mM di Pd colorante (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) di palladio (II)) e 22 mm di Rubrene in benzene. Sfiatare questa soluzione accuratamente con tre azoto liquido cicli di gelo-disgelo-pompa. </li><li> All&#39;interno di un vano portaoggetti, introdurre la soluzione TTA-UC nella cavità posteriore, permettendo forze capillari per disegnare attraverso. Una volta pieno, ancora una volta, pulire accuratamente la superficie e sigillare utilizzando un altro pezzo di alluminio di appoggio materiale della guarnizione. </li></ol> 2 Misura 2.1. Contatti elettrici <ol><li> Applicare saldatura a F esposti: SnO 2 di elettrodi contatore di lavoro e con Sonic saldatore e saldatura appropriata. </li&gt; <li> Collegare i fili di anodo e catodo tramite saldatura normale. </li><li> Applicare epossidica UV curabile per aprire bordi. NOTA: Questo viene fatto per servire come incapsulamento secondaria del dispositivo contro l&#39;ingresso di ossigeno ed evaporazione del solvente, oltre ad aumentare la robustezza del dispositivo, in particolare l&#39;allegato filo. </li><li> Fissare l&#39;anodo e catodo filo di un cavo BNC aperto attraverso una morsettiera. </li></ol> 2.2. Setup IPCE misura <ol><li> Utilizzando la configurazione mostrata schematicamente in figura 2, montare il dispositivo integrato su un supporto cuvetta. </li><li> Illuminare una sezione del dispositivo integrato (~ 2 mm × 1mm) con un raggio laser continuo nm onda 670 (il &#39;fascio di pompa&#39;) attraverso uno specchio su una montatura regolabile. </li><li> Illuminare l&#39;integrato TTA-UC DSC con luce incoerente quasi-monocromatica (il &#39;fascio sonda&#39;) generata utilizzando una lampada Xe, passata prima attraverso un filtro longpass 405 nm, poi un chopper ruota operante a 29 Hz, un monocromatore, un vetrino inclinato (qui usato come un beam splitter ~ 4%) e di uno specchio parabolico. Generare una popolazione di sfondo tripletta nello strato TTA-UC eccitando strato UC con il fascio di pompa, che è incidente ad un angolo tale che non si accende il livello attivo tastata DSC ma solo lo strato UC. </li><li> Allineare la pompa e fascio sonda sullo strato TTA-UC utilizzando montare lo specchio regolabile. Misurare la corrente di corto circuito generato dalla sonda in quanto viene scansionato tutto lo spettro visibile in incrementi di 5 nm utilizzando un dispositivo di acquisizione di segnali dinamici, amplificatore di corrente e il software di controllo in-house. </li><li> Contemporaneamente registrare la variazione della potenza del fascio sonda riflessa dal vetrino con un misuratore di potenza e un fotodiodo con uscita analogica alimentata al dispositivo di acquisizione del segnale. Correggere il J SC dal dispositivo dalla variazione sonda nel software. </li><li> Spostare il fascio di pompa leggermente utilizzando lo specchio regolabile<html> monte, tale che colpisce lo strato attivo del dispositivo adiacente al fascio sonda. Ripetere la misura con la pompa e la sonda fascio disallineato. </li><li> Registrare sei serie di misure con allineamento e disallineamento nelle stesse posizioni per una migliore rapporto segnale-rumore. </li><li> Ridurre l&#39;intensità del fascio di pompa mettendo il fascio di pompa diversi filtri a densità neutra con trasmissioni noti a 670 nm, e ripetere i passaggi da 2.2.4 a 2.2.7 per una gamma di intensità. </li><li> Misurare il dispositivo J SC integrato, senza la fonte fascio di pompa attiva. </li><li> Misurare la potenza incidente sonda sulla DSC in termini di corrente generata dal fotodiodo posizionando il fotodiodo alla posizione del campione. </li><li> Misurare la trasmissione del dispositivo studiato con la camera di UC rimosso utilizzando uno spettrofotometro visibile UV per ottenere lo spettro di trasmissione, T DSC. NOTA: Questo può essere fatto alternativamente tra fasi 1.4 e 1.5. </li></ol>&quot;&gt; 2.3. Pompa Fonte Caratterizzazione <ol><li> Misurare la potenza del fascio pompa nella posizione DSC per ogni condizione di filtro utilizzato, utilizzando il fotodiodo e potenza metro (come descritto nella sezione 2.2.10). </li><li> Prendere una fotografia del fascio di pompa proiezione su un pezzo di carta griglia in una posizione equivalente a dove lo strato TTA stato durante l&#39;esperimento. Fortemente attenuare il fascio se necessario per evitare la saturazione del rivelatore telecamera. Utilizzare questo software immagine e di analisi dell&#39;immagine per determinare la dimensione del punto della pompa. </li></ol> Trattamento dei dati 3 3.1. Interpolazione Tutti i dati a incrementi di 1 nm. 3.2. IPCE Determinazione <ol><li> Calcolare il flusso di fotoni (φ) raggiungendo il dispositivo integrato dal potere sonda misurata come corrente generata dal fotodiodo (I) e carica elettrica (q): </li><li> Calcolare il fotone incidente cella convertito efficienza elettroni (IPCE 0) della DeviCé dalla misurazione SC J senza illuminazione pompa e il flusso della sonda. </li><li> Prendete i rapporti tra misure con pompa e sonda allineati e non allineati per ottenere i relativi miglioramenti di attivare l&#39;up-convertitore. </li><li> Concentrazione solare determinazione fattore </li><li> Convertire il coefficiente di estinzione del sensibilizzatore in sezione trasversale di assorbimento, σ. </li><li> Ottenere il tasso di eccitazione del sensibilizzatore sotto il AM1.5G spettro solare standard, (k φ), prendendo i prodotti della densità di flusso di fotoni dello spettro solare, trasmittanza del DSC e il sensibilizzante (σ) ad ogni lunghezza d&#39;onda e poi sommando i prodotti in tutto il sensibilizzatore assorbimento Q-banda, tipicamente 600 nm a 750 nm. </li><li> Calcolare, dalla dimensione poteri e punto della sorgente di pompa, la densità di flusso di fotoni di pompa con differenti filtri di densità neutri. Poi prendere i prodotti delle densità di flusso, trasmittanza del DSC e il sensibilizzatore a670 nm per ottenere i tassi di eccitazione della pompa. </li><li> Calcolare il fattore di concentrazione solare (ʘ) dal rapporto della pompa tasso di eccitazione al tasso di eccitazione in condizioni AM1.5G. </li></ol> 3.3. Modello Montaggio e figure di merito Determinazione <ol><li> Montare un modello della relativa valorizzazione = 1 + × costante in cui la sonda pompa σ e σ (T DSC / IPCE 0) x [(σ pompa × sonda σ) / (pompa σ σ + sonda)], sui risultati sperimentali di valorizzazione, sono sezioni trasversali rispetto alle lunghezze d&#39;onda di pompa e di sonda; pompa σ è fissata per ogni intensità di pompa e sonda σ varia con la lunghezza d&#39;onda. </li><li> Stimare la valorizzazione in J SC ottenuto dall&#39;effetto upconversion (ΔJ SC) dalle differenze tra IPCE UC e IPCE 0 e la densit flusso solarey. </li><li> Calcolare l&#39;UFM normalizzando ΔJ SC per il quadrato del fattore di concentrazione solare, dal momento che TTA-UC ha una dipendenza quadratica sull&#39;ingresso di alimentazione a bassa intensità di eccitazione. </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.

Questo protocollo fornisce un mezzo per raggiungere fotone up-conversion maggiore DSC e dettagli su come misurare correttamente tale dispositivo. L&#39;UFM permette per il semplice calcolo dei previsti miglioramenti ΔJ SC da aspettarsi a diverse intensità di luce, anche a 1 sole. I valori qui indicati sono invarianti con intensità luminosa (riquadro di figura 4), ​​come da aspettativa quando il sistema è sotto la soglia di saturazione 33. Con l&#39;UFM, siamo in grado di un...

Celle solari sensibilizzate con colorante (DSC) sono stati proclamati come un concetto promettente conveniente raccolta di energia solare 1-3. Nonostante questo entusiasmo, commercializzazione diffusa deve ancora accadere. Un certo numero di ragioni sono state avanzate per questo, con un problema urgente è la relativamente alta energia di insorgenza di assorbimento, limitando l&#39;efficienza ottenibile raccolta luce di questi dispositivi 4. Anche se questo può essere superato, riducendo l&#39;insorgenza di assorbimento è in genere accompagnata da un calo di tensione a circuito aperto, che erode in modo sproporzionato le plusvalenze di densità di corrente 5, 6. Il funzionamento generale della DSC comporta il trasferimento di elettroni da un colorante photoexcited di un semiconduttore (tipicamente TiO 2), seguita dalla rigenerazione del colorante ossidato da un mediatore redox. Entrambi questi processi sembrano richiedere forze trainanti sostanziali (potenziali) al fine di procedere con alta efficienza 7 </sup&gt;. Con tali significative perdite intrinseche, diventa evidente che l&#39;insorgenza assorbimento ottimale per questi dispositivi è ragionevolmente alto in energia. Problemi simili esistono per il fotovoltaico organico (OPV), grazie ancora una volta le grandi forze motrici chimici necessari per la separazione di carica efficace. Di conseguenza, le previsioni di limiti solare-a-elettrica superiore efficienza di conversione per i dispositivi di giunzione singoli sulla base di entrambe queste tecnologie comportano assorbitori con ampie lacune (efficace) banda 4. Per superare il problema di raccolta luce sollevata sopra, un certo numero di approcci sono stati presi. Questo include la &#39;terza generazione&#39; 8 approcci di strutture tandem 9, 10 e fotone upconversion 11-14. Recentemente 11 abbiamo riportato un dispositivo integrato composto da un elettrodo di DSC lavoro e contro, con un annientamento tripletta-triplet basata up-conversion (TTA-UC) system integrato nellaalla struttura. Questo elemento TTA-UC è stato in grado di raccogliere la luce rossa trasmessa attraverso lo strato attivo e chimicamente convertirlo (come descritto in dettaglio nel seguito) per fotoni di energia superiore che possono essere assorbiti dallo strato attivo del DSC e generare fotocorrente. Ci sono due punti importanti da notare su questo sistema. In primo luogo, TTA-UC ha molti potenziali vantaggi rispetto ad altri sistemi di fotoni upconversion 11; in secondo luogo dimostra un&#39;architettura fattibile (proof-of-linea di principio) per l&#39;incorporazione di TTA-UC, che era stato assente dalla TTA-UC letteratura fino a quel punto. Il processo di TTA-UC 15-24 comporta l&#39;eccitazione di molecole &quot;sensibilizzanti&quot;, in questo caso porfirine Pd, da luce con energia sotto l&#39;energia insorgenza dispositivo. I sensibilizzatori di singoletto eccitato subiscono una rapida traversata intersystem allo stato di tripletto più basso di energia. Da lì, si può trasferire energia ad un tripletta accettando stato fondamentale &#39;emettitore &amp; #8217; specie come Rubrene, a condizione che il trasferimento sia ammessa dal energia libera 25. Il primo stato tripletta di Rubrene (T 1) è maggiore della metà dell&#39;energia del suo primo stato eccitato di singoletto (S 1), ma meno della metà dell&#39;energia di T 2, il che significa che un complesso incontro di due rubrenes tripletto eccitato può annientare a dare una molecola di singoletto eccitato emettitore (e l&#39;altro nello stato fondamentale) con un abbastanza alta probabilità. Altri stati, statisticamente previsti, è più probabile energicamente inaccessibili per Rubrene 26. La molecola di singoletto eccitato Rubrene può emettere un fotone (come da fluorescenza) con energia sufficiente per eccitare il colorante sull&#39;elettrodo di lavoro del DSC. Questo processo è mostrato nella Animazione 1. TTA-UC offre una serie di vantaggi rispetto ad altri sistemi di UC, come ad esempio una gamma ampia di assorbimento e la natura incoerenti 27, 28, il che rende un&#39;opzione attraente per coupling con DSC (così come OPV). TTA-UC è stato dimostrato che operano a relativamente bassa intensità di luce e in condizioni di luce diffusa. Sia la DSC e OPV sono più efficienti in regime di bassa intensità luminosa. Concentrazione solare è costosa e giustificabile solo per l&#39;alta efficienza, dispositivi ad alto costo. La relativamente alta prestazioni dei sistemi TTA-UC in condizioni di luce bassa intensità è attribuibile al processo che coinvolge cromofori sensibilizzante con forti bande di assorbimento larghe in concerto con gli stati longevi terzina che sono in grado di diffondere, al fine di entrare in contatto con specie interagenti . Inoltre, TTA-UC è stato trovato per avere elevata efficienza intrinseca da uno studio cinetico 26. Anche se TTA-UC funziona a bassa intensità luminosa, c&#39;è ancora una relazione quadratica tra l&#39;intensità della luce incidente e luce emessa (almeno a basse intensità di luce). Ciò è dovuto alla natura bimolecolare del processo. Per tenere contoper questo e per le varie condizioni sperimentali (in particolare intensità della luce) riportati da diversi gruppi, una figura di sistema meritocratico (UFM) deve essere impiegato per metro il miglioramento delle prestazioni offerto da upconversion. Questo FoM è stato definito come ΔJ SC / ʘ, dove ΔJ SC è l&#39;aumento della corrente di corto circuito (solitamente determinata mediante integrazione del fotone incidente di carica Carrier efficienza, IPCE, con e senza l&#39;effetto upconversion) e ʘ è il solare efficace concentrazione (in base al flusso di fotoni nella regione in questione, che è l&#39;assorbimento Q-banda del sensibilizzatore) 2 29. Qui, un protocollo per la produzione e la corretta caratterizzazione di un dispositivo DSC-TTA-UC integrato è segnalato, prestando particolare attenzione alle potenziali insidie ​​di test del dispositivo. Si spera che ciò possa servire come base per un ulteriore lavoro in questo campo.

<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

La scarsa risposta delle celle solari sensibilizzate con colorante (DSC) a luce rossa e infrarossa è un ostacolo significativo alla realizzazione di fotocorrenti più elevate e quindi efficienze più elevate. Photon up-conversion attraverso tripletta-tripletta annientamento (TTA-UC) è una tecnica interessante per l&#39;utilizzo di questi fotoni di bassa energia che altrimenti andrebbe perduta per la produzione di fotocorrente, pur non interferendo con le prestazioni photoanodic in modo deleterio. Oltre a questo, TTA-UC ha un certo numero di caratteristiche, distinto da altri up-conversione tecnologie fotoni rilevati, che lo rende particolarmente adatto per l&#39;accoppiamento con la tecnologia DSC. In questo lavoro, un sistema TTA-UC alte prestazioni comprovate, comprendente un sensibilizzante palladio porfirina ed emettitore Rubrene, è combinata con una DSC ad alte prestazioni (utilizzando il colorante organico D149) in un dispositivo integrato. Il dispositivo mostra una risposta migliore alla luce sub-bandgap nel range di assorbimento del sub-unità TTA-UC con conseguente più alto fifigura di merito per up-conversione assistito prestazioni DSC fino ad oggi.

Figure 3A - D risposte valorizzazione visualizzazione misurati in diverse condizioni di misura, con gli effetti discussi in dettaglio più avanti. Dalle prime miglioramenti densità di corrente dovrebbe essere chiaro che i risultati della Figura 4A e 4B sono attribuibili a upconversion, con il miglioramento corrente di picco e IPCE valorizzazione abbinamento bene con lo spettro di assorbimento del sensibilizzatore, attenuato dalla trasmissione attravers...

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

Un dispositivo integrato, che incorpora una cella e tripletta-tripletta annientamento solare unità dye-sensibilizzate up-conversione è stato prodotto, offrendo una maggiore luce raccolta, da una parte più ampia dello spettro solare. Sotto i livelli di irraggiamento modesti una risposta notevolmente migliorato ai fotoni di bassa energia è stata dimostrata, ottenendo una cifra record di merito per le celle solari a tinta sensibilizzata.

L&#39;integrazione di un Triplet-tripletta Annihilation sistema Up-conversione per migliorare Dye-sensibilizzati Risposta Solar Cell a Sub-bandgap Luce

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 Views.  The University of Wollongong.  Un dispositivo integrato, che incorpora una cella e tripletta-tripletta annientamento solare unità dye-sensibilizzate up-conversione è stato prodotto, offrendo una maggiore luce raccolta, da una parte più ampia dello spettro solare. Sotto i livelli di irraggiamento modesti una risposta notevolmente migliorato ai fotoni di bassa energia è stata dimostrata, ottenendo una cifra record di merito per le celle solari a tinta sensibilizzata. 

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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.

Celle in silicio policristallino solari a film sottile con plasmoniche-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 ...

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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.

Utilizzo dello scattering di incidenza di pascolo risolto neutroni Spin Echo per indagare i materiali organici delle celle solari

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.

Integrazione di luce Trapping Argento Nanostrutture in silicio microcristallino idrogenato celle solari tramite bonifico stampa

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.

L&#39;utilizzo delle radiazioni al sincrotrone microtomografia a indagare multi-scala Pacchetti microelettronici tridimensionali

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.

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caratterizzazione

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%.

La stampa digitale di biossido di titanio per le celle solari dye sensibilizzato

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).

Un sistema per creare aerosol nanoparticelle stabili da Nanopolveri

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.

Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

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.

Metodologia basata sulla scansione della luce di scansione (SLPS) per valutare quantitativamente la diffusione della luce avanti e indietro dalle lenti intraoculari

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.

Valutazione interna sperimentale dell'efficienza e dell'irraggiamento Spot del doppietto acromatico su vetro (ADG) lente di Fresnel per fotovoltaico a concentrazione