Optical and electrical effects of gold nanoparticles in the active layer of polymer solar cells

Abstract

The effects of Au nanoparticles (NPs) incorporated into the active layer of polymer solar cells (PSCs) with a newly synthesized donor polymer are investigated in detail. Our work shows that localized surface plasmonic resonance (LSPR) introduced by the metallic NPs can experimentally and theoretically enhance the light absorption in the active layer of PSCs because the strong LSPR near field mainly distributes laterally along the active layer. The understanding can be applied to other metallic NPs incorporated organic solar cells. Meanwhile, our results show that electrical properties can counter-diminish the optical enhancement from LSPR and thus reduces the overall performance improvement. It is important that both optical and electrical properties need to be studied and optimized simultaneously for achieving improved power conversion efficiency. The study contributes to better understanding on the uses of Au NPs for enhancing PSC performances.

Influence of gold-silica nanoparticles on the performance of small-molecule bulk heterojunction solar cells

“…A decrease in V OC has also been observed when bare Ag nanoparticles were added at the interface between the hole transport layer and the BHJ of a PSC [26]. We attribute the decrease in photovoltaic parameters in our devices to increased charge carrier recombination at the surface of the bare Au nanorods which creates the internal shunts within the BHJ active layer [27]. The charge carrier recombination induced by bare Au nanorods was confirmed by light intensity dependence of short-circuit current density (see Section 3.2).…”

Uncovering loss mechanisms in silver nanoparticle-blended plasmonic organic solar cells

“…They should enable uniform dispersion within the embedding layer, eliminating aggregation of the NPs and disruption of the OSC morphology 12,13,38 . When embedding the NPs within the active layer, too thin an outer ligand/shell may result in losses via charge/energy transfer between organic materials and the metallic nanostructure 12 .…”

Влияние Поверхностных Плазмонов На Оптические Свойства Композитных Пленок На Основе Поли(3-Гексилтиофена), Производных Фуллеренов И Наночастиц Никеля

“…В связи с этим исследование влияния поверхностного плазмонно-го резонанса (ППР) на параметры полимерных и композитных СЭ на основе поли(3-гексилтиофена) (Р3НТ) и производных фуллеренов ([60]РСВМ) получили в последние годы значительное развитие [1][2][3][4][5]. В частности, было показано, что введение наночастиц золота (Au) [1][2][3], серебра (Ag) [1,4], меди (Cu) [5] в тонкие пленки Р3НТ : [60]РСВМ приводит к росту поглощения в видимой области спектра в таких системах за счет возбуждения поверхностного плазмона на его ре-зонансной частоте внешней электромагнитной волной, что увеличи-вает эффективность СЭ.…”

“…В частности, было показано, что введение наночастиц золота (Au) [1][2][3], серебра (Ag) [1,4], меди (Cu) [5] в тонкие пленки Р3НТ : [60]РСВМ приводит к росту поглощения в видимой области спектра в таких системах за счет возбуждения поверхностного плазмона на его ре-зонансной частоте внешней электромагнитной волной, что увеличи-вает эффективность СЭ. С другой стороны, было установлено, что введение в матрицу полупроводникового полимера (PVK) наночастиц золота (Au) [6] или никеля (Ni) [7] приводит к росту подвижности носителей заряда в органических полевых транзисторных структурах на основе таких композитов.…”