Charge collection enhancement by incorporation of gold–silica core–shell nanoparticles into P3HT:PCBM/ZnO nanorod array hybrid solar cells

文献情報

出版日 2015-06-29
DOI 10.1039/C5CP03081A
インパクトファクター 3.676
著者

Ting-Chung Wang, Yen-Hsun Su, Yun-Kai Hung, Chen-Sheng Yeh, Li-Wen Huang, Widianta Gomulya, Lai-Hung Lai, Maria A. Loi, Jih-Sheng Yang, Jih-Jen Wu


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要旨

In this work, gold–silica core–shell (Au@silica) nanoparticles (NPs) with various silica-shell thicknesses are incorporated into P3HT:PCBM/ZnO nanorod (NR) hybrid solar cells. Enhancement in the short-circuit current density and the efficiency of the hybrid solar cells is attained with the appropriate addition of Au@silica NPs regardless of the silica-shell thickness. Compared to the P3HT:PCBM/ZnO NR hybrid solar cell, a 63% enhancement in the efficiency is achieved by the P3HT:PCBM/Au@silica NP/ZnO NR hybrid solar cell. The finite difference time domain simulations indicate that the strength of the Fano resonance, i.e., the electric field of the quasi-static asymmetric quadrupole, on the surface of Au@silica NPs in the P3HT:PCBM/ZnO NR hybrid significantly decreases with increasing thickness of the silica shell. Raman characterization reveals that the degree of P3HT order increases when Au@silica NPs are incorporated into the P3HT:PCBM/ZnO NR hybrid. The charge separation at the interface between P3HT and PCBM as well as the electron transport in the active layer are retarded by the electric field of the Fano resonance. Nevertheless, the prolongation of the electron lifetime and the reduction of the electron transit time in the P3HT:PCBM/ZnO NR hybrid solar cells, which result in an enhancement of electron collection, are achieved by the addition of Au@silica NPs. This may be attributed to the improvement in the degree of P3HT order and connectivity of PCBM when Au@silica NPs are incorporated into the P3HT:PCBM active layer.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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