JACS: 川大TTA上转换实验结果获突破|前沿用户报道

HORIBA

2019/12/11 17:23

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原创： HORIBA HORIBA科学仪器事业部

供稿：范春英

编辑：Joanna

TTA上转换技术（三重态-三重态湮灭上转换Triplet-triplet Annihilation Upconversion）可以将光子由低能量转化为高能量，对提高太阳能利用率有很大帮助，也因此被人们广泛的应用于光伏、光催化、荧光生物成像等领域。2017年日本钟化集团开发的一块180cm2 太阳能电池，创下了26.6%的转换效率世界纪录，可惜依然未能突破30%的肖克利-奎伊瑟限值。近四川大学新TTA上转换实验结果获得重大突破，未来或许有望进一步借助TTA上转换技术突破太阳能电池30%转换效率限。

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TTA上转换技术核心关键在于实现较大反斯托克位移的同时，是否可以获得较高上转换量子效率。可惜常见上转换体系都很难实现这一目标。在目前已有的报道中，TTA上转换体系大反斯托克位移也只有0.97 eV，且上转换效率仅为2.7%。近期四川大学化学学院杨成教授团队通过设计，实验获得了迄今为止大反斯托克位移1.08 eV，并实现了高达21%的上转换量子效率。

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四川大学实验获得迄今为止大反斯托克位移1.08 eV

以光敏剂为切入点，优化TTA上转换实验

杨成教授团队是如何做到的呢？揭秘前我们需要先认识一下TTA上转换体系中的2大重要主角——光敏剂及受体分子。TTA上转换过程中的能量转移，就是通过这两个角色间的不断碰撞实现的。

杨成教授及其团队的实验改进思路，便是针对光敏剂进行优化处理。首先他们设计合成了一系列铂-席夫碱配合物光敏剂，并利用化学修饰方法对这些光敏剂进行调节，来减少上转换过程中的能量损失，进而增加反斯托克位移。此外杨教授团队对这些光敏剂的光物理性质也进行了优化，用以提高实验效率。

荧光光谱助力研究，实验结果令人欣喜

终效果如何呢？杨教授团队对敏化剂的室温发光、低温磷光以及磷光寿命分别进行了表征，同时对TTA上转换实验各项参数指标也进行了检测，如TTA上转换发光、上转换发光随浓度、功率的变化以及时间分辨发光光谱等。

终检测结果显示优化后的上转换过程中能量损失由0.56 eV 减少到了0.18 eV，有效的增大了反斯托克斯位移，并终获得目前为止大反斯托克位移1.08 eV。

不仅如此，杨教授团队还将TTA上转换实验体系，由原来的无氧溶液实验环境扩展到了空气饱和的有氧溶液体系中，并在两种体系中分别实现了高达21%和14.8%的TTA上转换量子效率，这些结果都在表明突破肖克利-奎伊瑟限理论限或许指日可待。

实验中，杨教授团队使用Fluoromax系列荧光光谱仪进行检测。他们利用Fluoromax系列荧光光谱仪高灵敏度（SNR 16000：1）和超宽检测范围（200-1700nm可选）的特点，确保了实验结果的准确性；此外Fluoromax系列光谱仪功能齐全，可同时实现荧光、寿命和时间分辨光谱等的测试功能，这让他们的检测更加简单方便，大幅度提高了工作效率。