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Dye Sensitization and Local Surface Plasmon Resonance-Enhanced Upconversion Luminescence for Efficient Perovskite Solar Cells.
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-05-07 , DOI: 10.1021/acsami.0c04258 Wenbo Bi 1 , Yanjie Wu 1 , Cong Chen 1 , Donglei Zhou 1 , Zonglong Song 1 , Deyang Li 2 , Guanying Chen 2 , Qilin Dai 3 , Yongsheng Zhu 4 , Hongwei Song 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-05-07 , DOI: 10.1021/acsami.0c04258 Wenbo Bi 1 , Yanjie Wu 1 , Cong Chen 1 , Donglei Zhou 1 , Zonglong Song 1 , Deyang Li 2 , Guanying Chen 2 , Qilin Dai 3 , Yongsheng Zhu 4 , Hongwei Song 1
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Organic–inorganic hybrid perovskite solar cells (PSCs) have achieved rapid progress in this decade. However, the limited solar spectral utilization has restricted the further improvement of performance of the PSCs. One promising approach to solving this problem is utilizing IR to visible upconversion nanoparticles (UCNPs) in the PSC devices. Despite being confined by the lower quantum yield (QY) and smaller absorption cross section of the traditional UCNPs, their application is still a great challenge. In this work, the IR-783 dye-sensitized core/shell NaYF4:Yb3+, Er3+@NaYF4:Yb3+, and Nd3+ UCNPs were synthesized and coupled with plasmonic Au nanorods films. Thereby, the upconversion luminescence (UCL) intensity was enhanced by about 120-fold, whereas the luminescent QY was improved from 0.2 to 1.2%. Then, the composite UCNPs were assembled on the SnO2 layer of the PSCs, which resulted in the power conversion efficiency (PCE) increasing from 19.4 to 20.5% under simulated 100 mw/cm2 AM 1.5G irradiation. Up to now, it is the highest PCE for the PSCs based on various upconversion devices. Under the irradiation of a sun concentrator (1 W/cm2), the PCE of the device can be further improved to 21.1%. In-depth studies indicate that under standard sunlight irradiation, the improvement of PCE is due to both the IR to visible UCL and the scattering effect of the UCNPs. Under irradiation of a sun concentrator, the UCL contributes dominantly to the further improvement of PCE. This work provides an effective method for increasing the luminescent QY utilized in the PSCs and is of great significance for future PSCs that use sunlight concentrator.
中文翻译：
高效钙钛矿太阳能电池的染料敏化和局部表面等离子体共振增强的上转换发光。
在这十年中，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSC）取得了飞速发展。但是，有限的太阳光谱利用率限制了PSC性能的进一步提高。解决该问题的一种有前途的方法是利用IR将PSC器件中的可见光上转换纳米颗粒（UCNP）。尽管受限于传统UCNP的较低的量子产率（QY）和较小的吸收截面，但它们的应用仍然是巨大的挑战。在这项工作中，IR-783染料敏化的核/壳NaYF 4：Yb 3+，Er 3+ @NaYF 4：Yb 3+和Nd 3+UCNPs合成并与等离激元金纳米棒薄膜耦合。因此，上转换发光（UCL）强度提高了约120倍，而发光QY从0.2％提高到1.2％。然后，将复合UCNP组装在PSC的SnO 2层上，在模拟的100 mw / cm 2 AM 1.5G辐射下，功率转换效率（PCE）从19.4提高到20.5％。到目前为止，它是基于各种上变频设备的PSC的最高PCE。在阳光集中器的照射下（1 W / cm 2），设备的PCE可以进一步提高到21.1％。深入的研究表明，在标准的日光照射下，PCE的改善是由于可见UCL的IR和UCNP的散射作用所致。在集光器的照射下，UCL对PCE的进一步改善起主要作用。这项工作提供了一种增加PSC中使用的发光QY的有效方法，对于将来使用日光聚光器的PSC具有重要意义。
更新日期：2020-05-07
中文翻译：
高效钙钛矿太阳能电池的染料敏化和局部表面等离子体共振增强的上转换发光。
在这十年中，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSC）取得了飞速发展。但是，有限的太阳光谱利用率限制了PSC性能的进一步提高。解决该问题的一种有前途的方法是利用IR将PSC器件中的可见光上转换纳米颗粒（UCNP）。尽管受限于传统UCNP的较低的量子产率（QY）和较小的吸收截面，但它们的应用仍然是巨大的挑战。在这项工作中，IR-783染料敏化的核/壳NaYF 4：Yb 3+，Er 3+ @NaYF 4：Yb 3+和Nd 3+UCNPs合成并与等离激元金纳米棒薄膜耦合。因此，上转换发光（UCL）强度提高了约120倍，而发光QY从0.2％提高到1.2％。然后，将复合UCNP组装在PSC的SnO 2层上，在模拟的100 mw / cm 2 AM 1.5G辐射下，功率转换效率（PCE）从19.4提高到20.5％。到目前为止，它是基于各种上变频设备的PSC的最高PCE。在阳光集中器的照射下（1 W / cm 2），设备的PCE可以进一步提高到21.1％。深入的研究表明，在标准的日光照射下，PCE的改善是由于可见UCL的IR和UCNP的散射作用所致。在集光器的照射下，UCL对PCE的进一步改善起主要作用。这项工作提供了一种增加PSC中使用的发光QY的有效方法，对于将来使用日光聚光器的PSC具有重要意义。
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