Nano Gold Rush:Forskere bruger små guldpartikler til at øge organiske solcellers effektivitet

(PhysOrg.com) -- I en verden af ​​solenergi, organiske fotovoltaiske solceller har en bred vifte af potentielle anvendelser, men de betragtes stadig som en opkomling. Mens disse kulstofbaserede celler, som bruger organiske polymerer eller små molekyler som halvledere, er meget tyndere og billigere at producere end konventionelle solceller lavet med uorganiske siliciumskiver, de halter stadig bagud i deres evne til effektivt at omdanne sollys til elektricitet.

Nu, UCLA-forskere og deres kolleger fra Kina og Japan har vist, at ved at inkorporere guld-nanopartikler i disse organiske solceller - ved at drage fordel af den plasmoniske effekt, hvorved metal hjælper med at øge absorptionen af ​​sollys — de kan forbedre cellernes energiomsætning betydeligt.

I et papir for nylig offentliggjort i ACS Nano , holdet af forskere, ledet af Yang Yang, en professor i materialevidenskab og teknik ved UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science og direktør for Nano Renewable Energy Center ved UCLAs California NanoSystems Institute, demonstrere, hvordan de lagde et lag af guld-nanopartikler mellem to lysabsorberende subceller i en tandem polymer solcelle for at høste en større del af solspektret.

De fandt ud af, at ved at anvende det sammenkoblede guld-nanopartikellag, de var i stand til at forbedre strømkonverteringen med så meget som 20 procent. Guldnanopartiklerne skaber et stærkt elektromagnetisk felt inde i de tynde organiske fotovoltaiske lag ved en plasmonisk effekt, som koncentrerer lyset, så meget mere af det kan optages af undercellerne.

Holdet er det første til at rapportere en plasmonisk-forstærket polymer tandem solcelle, at have overvundet vanskelighederne ved at inkorporere metalnanostrukturer i den overordnede enhedsstruktur.

"Vi har med succes demonstreret en højeffektiv plasmonisk polymer tandem solcelle ved blot at inkorporere guld nanopartikler lag mellem to subceller, " sagde Yang. "Den plasmoniske effekt, der sker i midten af ​​det sammenkoblede lag, kan forbedre både de øverste og nederste subceller samtidigt - et 'sweet spot' - hvilket fører til en forbedring i tandemsolcellens effektkonverteringseffektivitet fra 5,22 procent til 6,24 procent. Forbedringsforholdet er så højt som 20 procent."

Forskerholdet omfattede Xing Wang Zhang fra Key Lab of Semiconductor Materials Science ved Institute of Semiconductors ved Beijings Chinese Academy of Science og Ziruo Hong fra Graduate School of Science and Engineering ved Japans Yamagata University.

Eksperimentelle og teoretiske resultater viser, at forstærkningseffekten blev opnået fra lokal nærfeltforstærkning af guldnanopartiklerne. Resultaterne viser, at den plasmoniske effekt har et stort potentiale for den fremtidige udvikling af polymersolceller. Holdets foreslåede mellemlagsstrukturer som en åben platform kan anvendes på forskellige polymermaterialer, åbner muligheder for højeffektive, multi-stablede tandem solceller.