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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180cm 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。
图片来源：pixabay
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。
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。
HORIBA FluoroMax+/(P/TCSPC)高灵敏一体式荧光光谱仪
四川大学的这些发现为提高太阳能转换效率带来颇具潜力的应用前景。这一研究成果近期也发表在Journal of the American Chemical Society。
文章作者 论文直达
文章作者：C. Fan.; L. Wei.; T. Niu.; M. Rao.; G. Cheng.; J. J. Chruma.; W. Wu*.; C. Yang*.
题目 杂志：Efficient Triplet-Triplet Annihilation Upconversion with an Anti-Stokes Shift of 1.08 eV Achieved by Chemically Tuning Sensitizers.
DOI:10.1021/jacs.9b05824.
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