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. Trabalho Eletrodo Preparação <ol><li> Limpo toda uma folha de F: SnO2 de vidro revestido (110 mm x 110 milímetros x 2,3 mm, &lt;8 Ω / □) por ultra-sons sequencial em água com sabão, depois com acetona e finalmente etanol (10 min cada). </li><li> Deposite uma densa camada de TiO 2, seguindo os passos abaixo: <ol><li> Vidro seco com vidro ar e calor comprimido a 450 ° C em fogão (condutora lateral para cima). </li><li> Diluir titânio diisopropoxide bis (acetilacetonato) (75% em peso em isopropanol) com etanol numa proporção de 1: 9. </li><li> Pulverizar a solução diluída em vidro aquecido a uma distância de ~ 100 mm, com cinco pulverizadores de toda a chapa de vidro. </li><li> Pulverize uma rodada por 10 seg por 12 rodadas. </li><li> Manter vidro a 450 ° C durante mais 5 minutos, antes de desligar a placa de aquecimento. Deixe o vidro em chapa quente e deixe-o esfriar lentamente para RT. </li></ol></li><li> Coloque o copo sobremesa de impressora da tela (mais uma vez condutora lateral para cima). Insira a tela e alinhar padrão de vidro. Adicionar TiO 2 pasta para a tela e imprimir uma ou duas camadas. Se depositar duas camadas, remover placa de vidro de impressora entre gravuras, cubra e deixe de se contentar com a 5 min, então o calor a 125 ° C por 10 minutos antes de voltar para a impressora para imprimir uma camada posterior. </li><li> Uma vez que a impressão final é feito correr um programa de sinterização completa. Aquecer os eléctrodos a 150 ° C a 12,5 ° / min, manter 10 min, em seguida, a 325 ° C a 11,7 ° / min, manter 5 min, em seguida, a 375 ° C a 10 ° / min, manter 5 min, em seguida, para 450 ° C a 10,7 ° / min, manter 30 min e, finalmente, a 500 ° C a 10 ° / min, manter 15 min. Se arrefecer lentamente até à temperatura ambiente, após este. </li><li> Corte a placa mestre em eletrodos individuais, garantindo que há espaço suficiente em torno do filme impresso para a junta a ser aplicado depois. Remova todos os cacos de vidro que utilizam ar comprimido. </li><li> Mergulhe os eletrodos em uma mM TiCl 20 4 </sub&gt; solução (aq.), cobrir e frouxamente lugar o recipiente num forno pré-aquecido (70 ° C durante 30 min). Subsquently, lavar cuidadosamente e os eléctrodos de sinterização mais uma vez a 500 ° C durante 30 min. </li><li> Depois de arrefecida abaixo de 100 ° C, mergulhar os eléctrodos numa solução de corante de 0,5 mM. Neste caso de uso, D149 em acetonitrila: tertbutanol (1: 1). </li><li> Após o tingimento O / N remover os eletrodos e lave vigorosamente em acetonitrila para ~ 30 segundos, em seguida, deixe descansar por mais 30 segundos. Retirar os eléctrodos do banho de lavagem e seca com ar comprimido. </li></ol> 1.2. Contador Eletrodo Preparação <ol><li> Corte outra folha de 2,3 milímetros F: SnO 2 vidro em 18,3 milímetros × 27,5 milímetros pedaços. </li><li> Mergulhe contra eletrodo na água e faça um pequeno furo no canto (φ = 1 mm, 2,5 milímetros de cada canto) para usar como uma porta de enchimento, usando uma ponta de diamante rebarba dental montado em uma pequena broca banco. </li><li> Contra eletrodo limpo conforme a secção 1.10,1 </li><li> Contra eletrodo seco e coloque em uma telha com condutor para cima. Aplicar uma gota de solução de ácido platinic (H 2 PtCl 6, 10 mM em etanol), e espalhado com o fim de uma pipeta. Local telha para pré-aquecido (400 ° C), placa de aquecimento durante 15 min. Depois disso, retire de vidro e azulejo e deixe esfriar em um banco. </li></ol> 1.3. Refletor <ol><li> Corte um pedaço de nonconductive 2 milímetros de vidro para 18,3 mm x 27,5 milímetros e dois furos em cantos adjacentes ao longo da borda longa, usando a mesma técnica para o contra eletrodo (seção 1.2.2). </li><li> De vidro limpo, uma vez utilizando o mesmo protocolo, como acima (1.1.1) </li><li> Tape o vidro limpo e seco, para o banco de três lados, usando fita de baixo resíduo. Aplicar uma gota de Al 2 O 3 de pasta (2,0 g de 0,3 pm de Al 2 O 3, 2 ml de partículas coloidais de Al 2 O 3 + 1 ml de etanol) e extrair-se com uma vareta de vidro. </li><li> Permitir filme para secar, retire a fita e sinter de vidro a 500 ° C durante 30 min. </li></ol> 1.4. Montagem do dispositivo <ol><li> Corte dois lotes de juntas de adesivo hot melt. NOTA: A primeira, para o DSC, é de 25 mm de espessura e tem dimensões internas de 17 mm x 8 mm e dimensões externas de 21 mm x 12 mm. O segundo, para a câmara de upconversion, usa material da junta de 60 um dobrou para dar 120 m de espessura. Quando dobrado, esta junta tem dimensões internas de 17 mm x 21 mm e dimensões externas de 21 mm x 25 mm. </li><li> Colocar a primeira junta no canto do eléctrodo contador, assegurando a abertura de enchimento é acessível. Inserir o eléctrodo de trabalho ao longo deste, de tal modo que a área impressa é inteiramente dentro da junta, e obter uma boa vedação. </li><li> Mova esta montagem para uma placa de aquecimento (120 ° C) e aplicar pressão até que amoleça junta e derrete, que podem ser observados visualmente como as molha junta as superfícies de vidro. Remova o conjunto e deixe esfriar. </li><li> Lugarsegundo a junta no refletor, mais uma vez, garantindo orifícios de enchimento não são cobertos. Coloque DSC no início de tal forma que a área impressa é directamente em frente do reflector alumina impresso. Mais uma vez aquecer dispositivo ao aplicar pressão, até que junta amacia e adere, como no ponto 1.4.3. Este conjunto é mostrado na Figura 1. </li></ol> 1.5. Enchimento de cavidades <ol><li> Prepara-se uma solução de electrólito de 0,1 M LiI, 0,6 M de iodeto de 1,2-dimetil-3-propylimidazolium e 0,05 M de iodo em methoxypropionitrile. </li><li> Colocar o dispositivo em um pequeno recipiente plástico com tubo de vácuo ligada, com o contra-eléctrodo virado para cima. </li><li> Coloque uma gota de solução de electrólito sobre o furo e uma peça de vidro na parte superior. Aplicar vácuo durante alguns segundos para extrair o ar da cavidade de DSC, antes de soltar, que vai chamar electrólito dentro da cavidade. </li><li> Preparar os selos através da laminação de materiais de vedação de fusão a quente para uma folha de alumínio. Deixe estes numa placa de aquecimento, gasket lado material acima. Limpar a parte de trás do contra-eléctrodo completamente, em seguida, vedar pressionando dispositivo contra o material de empanque para a 5 segundos. </li><li> Preparar a solução de TTA-UC dissolvendo 0,6 mM de corante Pd (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) paládio (II)) e 22 mM de rubreno em benzeno. Desarejar esta solução, cuidadosamente, com três ciclos de congelamento e descongelamento bomba de nitrogênio líquido. </li><li> Dentro de uma caixa de luvas, introduzir a solução TTA-UC para a cavidade para trás, permitindo que as forças capilares para desenhá-lo completamente. Uma vez cheia, mais uma vez, limpar completamente a superfície e selar usando outro pedaço de alumínio apoiado material de vedação. </li></ol> 2 Medição 2.1. Contatos elétricos <ol><li> Aplicar solda exposta F: SnO 2 de trabalhar e contra eletrodos utilizando ferro de solda e solda sonora adequada. </li&gt; <li> Prenda os fios de ânodo e cátodo, utilizando solda normal. </li><li> Aplicar UV epoxi curável para abrir as bordas. Nota: Isto é feito para servir como um encapsulamento secundário do dispositivo contra a entrada de oxigénio e a evaporação do solvente, bem como aumentar a robustez do dispositivo, em particular o fio de ligação. </li><li> Prenda o ânodo e cátodo fio de um cabo BNC aberto através de um bloco terminal. </li></ol> 2.2. Setup IPCE Medição <ol><li> Utilizando a configuração representada esquematicamente na Figura 2, a montagem do dispositivo integrado em um suporte de célula. </li><li> Iluminar uma secção do dispositivo integrado (~ de 2 mm × 1 mm), com um feixe de 670 nm do laser de onda contínua (a &quot;feixe de bomba&quot;) por meio de um espelho sobre uma montagem ajustável. </li><li> Iluminar o integrado TTA-UC DSC com luz quase monocromática (o &quot;feixe de prova &#39;) incoerente gerado usando uma lâmpada de Xe, passou primeiro por um filtro de longpass 405 nm, em seguida, um Chopper roda operando a 29 Hz, um monocromador, uma lâmina de vidro angular (usada aqui como um divisor de feixe de ~ 4%) e um espelho parabólico. Gerar uma população fundo tripleto na camada TTA-UC excitando a camada UC com o feixe de bombeamento, que é incidente em um ângulo tal que não ilumina a camada activa apalpada DSC mas apenas a camada de UC. </li><li> Alinhe a bomba eo feixe de prova sobre a camada de TTA-UC utilizando o suporte de espelho ajustável. Medir a corrente de curto-circuito gerado pela sonda, uma vez que é digitalizado através do espectro visível, em incrementos de 5 nm, utilizando um dispositivo de aquisição de sinal dinâmico, amplificador de corrente e software de controlo interno. </li><li> Gravar simultaneamente a variação de potência do feixe reflectida a partir da sonda a lâmina de vidro com um medidor de potência e um fotodíodo com a saída analógica para alimentar o dispositivo de aquisição de sinal. Corrigir o J SC a partir do dispositivo, pela variação da sonda no software. </li><li> Deslocar o feixe ligeiramente bomba usando o espelho ajustável<html> de montagem, de tal modo que ela atinge a camada activa do dispositivo adjacente à sonda de feixe. Repetir a medição com a sonda de feixe de bomba e desalinhadas. </li><li> Grave seis conjuntos de medidas com o alinhamento e desalinhamento nas mesmas posições para uma melhor relação sinal-ruído. </li><li> Reduza a intensidade do feixe de bomba, colocando no feixe de bombeamento diferentes filtros de densidade neutra com as transmissões conhecidas em 670 nm, e repita os passos 2.2.4 a 2.2.7 para uma gama de intensidades. </li><li> Meça o dispositivo integrado J SC sem a fonte de feixe de bomba ativa. </li><li> Medir a potência incidente sonda na DSC, em termos de corrente gerada pelo fotodiodo ao colocar o fotodíodo na posição amostra. </li><li> Medir a transmissão do dispositivo estudado com a câmara de UC removido usando um Espectrofotómetro visível UV para se obter o espectro de transmissão, T DSC. NOTA: Isto pode ser feito alternadamente entre passos 1.4 e 1.5. </li></ol>&quot;&gt; 2.3. Bomba Fonte Caracterização <ol><li> Medir a potência do feixe de bomba na posição de DSC para cada condição de filtragem utilizado, utilizando o medidor de energia e fotodiodo (como descrito na secção 2.2.10). </li><li> Tire uma foto do feixe de bomba projetando em um pedaço de papel quadriculado em uma posição equivalente a onde a camada de TTA foi durante o experimento. Atenuar fortemente o feixe se necessário, para impedir a saturação do detector de câmara. Use este software de imagem e análise de imagem para determinar o tamanho do local da bomba. </li></ol> Processamento de dados 3 3.1. Interpolar todos os dados para incrementos de 1 nm. 3.2. IPCE Determinação <ol><li> Calcula-se o fluxo de fótons (φ) atingir o dispositivo integrado de poder sonda medido como corrente gerada pelo fotodíodo (I) e de carga eléctrica (q): </li><li> Calcule o fóton incidente célula convertido eficiência de elétrons (IPCE 0) do device a partir da medição SC J sem iluminação da bomba e o fluxo de sonda. </li><li> Tome as relações entre as medidas com bomba e sonda alinhados e desalinhados para obter as melhorias relativas à activação do up-conversor. </li><li> Concentração Solar determinação do fator de </li><li> Converter o coeficiente de extinção do sensibilizador em secção transversal de absorção, σ. </li><li> Obter a taxa de excitação de sensibilizador segundo a norma AM1.5G espectro solar, (φ k), tendo os produtos de densidade de fluxo de fótons do espectro solar, a transmitância da DSC e o sensibilizador (σ) em cada comprimento de onda e em seguida a soma produtos através da absorção da banda Q sensibilizador, tipicamente 600 nm a 750 nm. </li><li> Calcular, a partir do poder local e tamanho da fonte bomba, as densidades de fluxo de fótons da bomba com diferentes filtros de densidade neutra. Então, os produtos das densidades de fluxo, a transmitância da DSC e o sensibilizador em670 nm, para se obter as taxas de excitação da bomba. </li><li> Calcula-se o factor de concentração de energia solar (ʘ) a partir da razão da taxa de excitação da bomba para a taxa de excitação sob condições AM1.5G. </li></ol> 3.3. Modelo de montagem e Figuras de Mérito Determinação <ol><li> Ajustar um modelo do aumento relativo = 1 + × constante (T DSC / IPCE 0) x [(σ bombear × sonda σ) / (bomba σ + sonda σ)], para os resultados de melhoria experimentais, onde sonda bomba σ e σ são secções transversais em relação aos comprimentos de onda da bomba e da sonda; bomba σ é fixo para cada intensidade bomba e sonda σ varia de acordo com o comprimento de onda. </li><li> Estime o aumento na J SC obtido a partir do efeito upconversion (ΔJ SC) a partir das diferenças entre IPCE UC e IPCE 0 eo densit fluxo solary. </li><li> Calcule o FOM normalizando ΔJ SC pelo quadrado do fator de concentração solar, desde TTA-UC tem uma dependência quadrática na entrada de energia em baixa intensidade de excitação. </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.

Este protocolo fornece um meio para alcançar fóton up-conversion reforçada DSC e detalhes sobre como medir corretamente um tal dispositivo. O FOM permite o cálculo simples de melhorias ΔJ SC antecipadas de se esperar em diferentes intensidades de luz, incluindo a 1 sol. Os valores aqui apresentados são invariáveis ​​com intensidade de luz (inserção da Figura 4), ​​de acordo com a expectativa quando o sistema estiver abaixo do seu limite de saturação 33. Com a FOM...

Células solares sensibilizadas por corante (DSCs) tem sido proclamado como um conceito promissor na coleta de energia solar acessível 1-3. Apesar deste entusiasmo, a comercialização generalizada ainda está para ocorrer. Uma série de razões foram apresentadas para isso, com uma questão premente sendo relativamente alta energia do início absorção, limitando a eficiência alcançável coleta de luz desses dispositivos 4. Embora isto pode ser superado, reduzindo o aparecimento de absorção é normalmente acompanhado por uma queda na tensão de circuito aberto, o que corrói desproporcionalmente quaisquer ganhos em densidade de corrente 5, 6. A operação geral de DSCs envolve a transferência de electrões a partir de um corante fotoexcitada para um semicondutor (tipicamente TiO 2), seguido pela regeneração do corante oxidado com um mediador redox. Ambos estes processos parecem exigir forças substanciais (potenciais) de modo a prosseguir com alta eficiência 7 </sup&gt;. Com tais perdas inerentes significativos, torna-se óbvio que o início absorção ideal para esses dispositivos é suficientemente elevado de energia. Problemas similares existem para células fotovoltaicas orgânicas (OPV), devido mais uma vez para as grandes forças motrizes químicos necessários para a separação de carga efetiva. Assim, as previsões de limites de eficiência de conversão de energia solar-a-elétrico superiores aos dispositivos de junção única com base em ambas as tecnologias envolvem absorção com grandes lacunas da banda (eficaz) 4. A fim de superar o problema da colheita luz levantada acima, foram tomadas uma série de abordagens. Isso inclui a &#39;terceira geração&#39; 8 abordagens de estruturas em tandem 9, 10 e fóton upconversion 11-14. Recentemente 11 informamos um dispositivo integrado composto por um eletrodo de DSC de trabalho e contra, com uma aniquilação triplete-triplete baseado up-conversion (TTA-UC) sistema incorporada empara a estrutura. Este elemento TTA-UC foi capaz de colher luz vermelha transmitida através da camada activa e convertê-lo quimicamente (tal como descrito em detalhe abaixo) aos fotões de energia mais elevada, que poderia ser absorvida pela camada activa do DSC e gerar fotocorrente. Há dois pontos importantes a serem observados sobre este sistema. Em primeiro lugar, TTA-UC tem muitas vantagens potenciais em relação a outros sistemas de fótons de conversão ascendente 11; em segundo lugar, demonstra uma arquitetura viável (prova de princípio) para a incorporação de TTA-UC, o qual tinha sido falta do TTA-UC literatura até este ponto. O processo de TTA-UC 15-24 envolve a excitação de moléculas de &quot;sensibilizador&quot;, neste caso, porfirinas de Pd, por uma luz com uma energia inferior à energia aparecimento dispositivo. Os sensibilizadores singlet-animado sofrer rápida passagem inter para o estado triplete de mais baixa energia. De lá, eles podem transferir energia para um trio aceitar &#39;emissor &amp; # estado fundamental8217; espécies, tais como rubreno, enquanto a transferência está permitida pela energia livre 25. O primeiro estado tripleto de rubreno (T 1) é maior do que metade da energia do seu primeiro estado de singuleto animado (S 1), mas menos do que a metade da energia de T 2, o que significa que um complexo de encontro de dois tripletos rubrenes-animado pode aniquilar a dar uma molécula singuleto animado emissor (e a outra no estado de terra), com uma elevada probabilidade. Outros estados, previstos estatisticamente, é mais provável energicamente inacessível para rubreno 26. A molécula singuleto rubreno animado pode então emitir um fotão (como por fluorescência) com energia suficiente para excitar o corante sobre o eléctrodo de trabalho da DSC. Este processo é mostrado na animação 1. TTA-UC oferece uma série de vantagens em comparação com outros sistemas, tais como UC, uma gama ampla de absorção e natureza incoerente 27, 28, tornando-se uma opção atraente para coupling com DSC (bem como a OPV). TTA-UC foi demonstrada operando a relativamente baixas intensidades de luz e em condições de iluminação difusa. Ambos DSC e OPV são mais eficientes no regime de baixa intensidade de luz. Concentração solar é caro e só se justifica pela alta eficiência, os dispositivos de alto custo. O desempenho relativamente alto de sistemas TTA-UC em baixas condições de iluminação intensidade é atribuível ao processo que envolve cromóforos sensibilizador com, bandas de absorção largas fortes em conjunto com estados triplete de longa duração, que são capazes de difundir, de modo a entrar em contacto com espécies que interagem . Além disso, o TTA-UC foi encontrada para ter alta eficiência intrínseca de um estudo cinético 26. Embora TTA-UC opera em baixa intensidade de luz, ainda existe uma relação quadrática entre a intensidade da luz incidente e a luz emitida (pelo menos em baixas intensidades de luz). Isto é devido à natureza do processo bimolecular. Para dar contapara isso e as condições experimentais variados (particularmente intensidade de luz) relatados por diferentes grupos, uma figura de mérito do sistema (FOM) deve ser empregado para medir a melhoria de desempenho oferecido por upconversion. Este FOM tem sido definida como ΔJ SC / ʘ, onde ΔJ SC é o aumento da corrente de curto-circuito (geralmente determinada pela integração do Incidente Photon para carregar Eficiência Carrier, IPCE, com e sem o efeito de upconversion) e ʘ é a energia solar eficaz concentração (com base no fluxo de fotões na região em questão, isto é a absorção da banda Q de sensibilizador) 2 29. Nisto, um protocolo para produzir e caracterizar corretamente um dispositivo DSC-TTA-UC integrada é relatado, com especial atenção para possíveis armadilhas em teste do dispositivo. Espera-se que isso vai servir como uma base para futuros trabalhos nesta área.

<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

A fraca resposta das células solares sensibilizadas por corante (DSCs) a luz vermelha e infravermelha é um entrave significativo para a realização de fotocorrentes mais elevados e, consequentemente, a eficiência mais elevados. Photon-se a conversão por meio de tripleto-tripleto aniquilação (TTA-UC) é uma técnica atraente para a utilização desses fotões de baixa energia desperdiçados para produzir fotocorrente, sem interferir com o desempenho photoanodic de um modo prejudicial. Para além disso, o TTA-UC tem um número de características, distinto de outros fotões up-conversion tecnologias relatados, o que o torna particularmente adequado para o acoplamento com a tecnologia de DSC. Neste trabalho, um sistema de alto desempenho comprovado TTA-UC, que compreende um sensibilizador de porfirina e paládio emissor rubreno, é combinada com uma DSC de alto desempenho (utilizando o corante orgânico D149) em um dispositivo integrado. O dispositivo apresenta uma resposta melhorada à luz sub-banda proibida em toda a gama de absorção da sub-unidade TTA-UC resultando na maior fifigura de mérito para up-conversion assistida desempenho DSC até o momento.

Figuras 3A - D respostas de melhoramento de medidas sob diferentes condições de medição, com os efeitos discutido em mais detalhe abaixo. A partir das melhorias de densidade de corrente-primas, deve ser evidente que os resultados na Figura 4A e 4B são atribuíveis a conversão ascendente, com o aumento da corrente de pico e aumento IPCE combinando bem com o espectro de absorção do sensibilizador, atenuada pela transmissão através da camada acti...

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

Um dispositivo integrado, incorporando uma célula e tripleto-tripleto aniquilação solares up-conversion unidade sensibilizadas por corante foi produzida, obtendo-se a colheita de luz melhorada, a partir de uma secção mais larga do espectro solar. De acordo com os níveis de irradiação modestos foi demonstrada uma resposta melhorada significativamente para fótons de baixa energia, produzindo um número recorde de mérito para células solares sensibilizadas por corante.

Integrando um Triplet-triplete Annihilation Sistema Up-conversion para melhorar Dye-sensibilizadas Response célula solar para a Luz Sub-bandgap

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

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Engineering

12.5K visualizações.  The University of Wollongong.  Um dispositivo integrado, incorporando uma célula e tripleto-tripleto aniquilação solares up-conversion unidade sensibilizadas por corante foi produzida, obtendo-se a colheita de luz melhorada, a partir de uma secção mais larga do espectro solar. De acordo com os níveis de irradiação modestos foi demonstrada uma resposta melhorada significativamente para fótons de baixa energia, produzindo um número recorde de mérito para células solares sensibilizadas por co...

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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.

Silício policristalino de película fina de células solares com plasmonic avançada Luz-caça com armadilhas

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

Engenharia

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.

Usando neutron spin echo resolvi a dispersão da incidência de pastagem para investigar materiais orgânicos de células solares

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.

Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

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.

Usando Synchrotron Radiation microtomografia para investigar Multi-escala Pacotes de microeletrônicos tridimensionais

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.

Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caracterização

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%.

Impressão digital de dióxido de titânio para células solares Dye sensibilizados

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).

Um sistema para criar aerossóis de nanopartículas estáveis ​​de Nano pó

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.

Electrospinning de eletrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por corante

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 baseada em Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) para avaliar quantitativamente a dispersão de luz para frente e para trás a partir de lentes intraoculares

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.

Interior avaliação Experimental da eficiência e da irradiância Spot do dubleto acromático em vidro (ADG) lente de Fresnel para concentrar a energia fotovoltaica