(PhysOrg.com) - I solenergins värld, organiska solceller har ett brett spektrum av potentiella tillämpningar, men de anses fortfarande vara en nybörjare. Medan dessa kolbaserade celler, som använder organiska polymerer eller små molekyler som halvledare, är mycket tunnare och billigare att producera än konventionella solceller tillverkade med oorganiska kiselskivor, de ligger fortfarande efter i sin förmåga att effektivt omvandla solljus till elektricitet.
Nu, UCLA -forskare och deras kollegor från Kina och Japan har visat att genom att införliva guldnanopartiklar i dessa organiska solceller - dra nytta av den plasmoniska effekten, genom vilken metall hjälper till att förbättra absorptionen av solljus - de kan avsevärt förbättra cellernas effektomvandling.
I en tidning som nyligen publicerades i ACS Nano , forskargruppen, ledd av Yang Yang, professor i materialvetenskap och teknik vid UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science och chef för Nano Renewable Energy Center vid UCLA:s California NanoSystems Institute, visa hur de klämde in ett lager guldnanopartiklar mellan två ljusabsorberande delceller i en tandempolymer solcell för att skörda en större bråkdel av solspektret.
De fann att genom att använda det sammankopplande guld-nanopartikelskiktet, de kunde öka effektomvandlingen med så mycket som 20 procent. Guldnanopartiklarna skapar ett starkt elektromagnetiskt fält inuti de tunna organiska fotovoltaiska skikten genom en plasmonisk effekt, som koncentrerar ljus så att mycket mer av det kan absorberas av delcellerna.
Teamet är det första som rapporterar en plasmonförstärkt polymertandemsolcell, efter att ha övervunnit svårigheterna med att införliva metallnanostrukturer i den övergripande anordningstrukturen.
"Vi har framgångsrikt visat en mycket effektiv plasmonisk polymer tandem solcell genom att helt enkelt införliva guld nanopartiklar lager mellan två subceller, "Sa Yang." Den plasmoniska effekten som händer i mitten av det sammankopplande lagret kan förbättra både de övre och nedre delcellerna samtidigt - en "sweet spot" - vilket leder till en förbättring av effektomvandlingseffektiviteten för tandemsolcellen från 5,22 procent till 6,24 procent. Förbättringsförhållandet är så högt som 20 procent. "
Forskargruppen omfattade Xing Wang Zhang från Key Lab of Semiconductor Materials Science vid Institute of Semiconductors vid Pekings kinesiska vetenskapsakademi och Ziruo Hong från Graduate School of Science and Engineering vid Japans Yamagata University.
Experimentella och teoretiska resultat visar att förbättringseffekten uppnåddes genom lokal närfältförbättring av guldnanopartiklarna. Resultaten visar att den plasmoniska effekten har stor potential för framtida utveckling av polymersolceller. Teamets föreslagna mellanskiktsstrukturer som en öppen plattform kan appliceras på olika polymermaterial, öppna möjligheter för högeffektiva, mångstaplade tandemsolceller.
