超薄氧化物殼層銀納米三角可高效加強太陽能電池的光電轉化效率

金屬納米粒子的表面等離子共振效應被認為是一種提高太陽能電池光吸收的有效手段，然而當金屬納米粒子被加入到有機太陽能電池的活性層內，金屬納米粒子既可以接受電子，也可以接受空穴，會導致電子和空穴重新復合，這嚴重影響了器件的光電轉化效率。

近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所孫再成團隊針對這一問題利用溶膠-凝膠法以銀納米三角為模型合成了具有超薄殼層的Ag@氧化物（SiO2或TiO2）納米三角。氧化物殼層厚度可以控制在2-15nm連續可調。氧化物殼層可以有效地避免電子和空穴的復合，超薄殼層不會影響Ag納米三角的表面等離子共振效應。相關結果已發表在Small上。

當Ag納米三角加入到光伏器件時，會帶來幾方面的影響，如加強光散射、降低器件內阻、表面等離子共振加強效應以及增加電子和空穴的復合機率。其中前三項會對器件的光電轉化效率帶來正面的加強結果，但是電子和空穴的復合會降低器件的光電轉換效率，因此需要抑制這一因素。

另一方面，金屬納米粒子的表面等離子加強效應通常是以指數的形式衰減，因此其作用范圍局限在很小的范圍內（小于20納米）。因此殼層的厚度對金屬納米粒子的表面等離子共振效應的利用有著很大的影響。該團隊利用溶膠凝膠的辦法合成超薄（~2nm）的氧化物殼層能夠既加強了銀納米三角的穩定性，又能夠抑制電子或空穴在金屬表面的集中。

吸收和穩態熒光光譜研究聲明銀納米核殼結構的引入不僅加強了活性層的光吸收，而且還促使了光生電荷的分離。瞬態吸收光譜研究聲明銀納米結構的加入，光誘導吸收分明加強，聲明光生激子的濃度增加。這證明銀納米粒子的表面等離子共振效應在促使光吸收上發揮了很大的作用。相應光伏器件的研究聲明其光電轉化效率可以提高30%。從而證明這種超薄殼層的金屬納米粒子可以充足利用金屬納米粒子的表面等離子共振效應。這為其他各種結構的太陽能轉化器件的設計提供新的思路和借鑒。

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