In this study, we prepare polymer solar cells incorporating organic ligand-modified Ag nanoparticles (O-AgNPs) highly dispersed in the P3HT:PCBM layer. Ag nanoparticles decorated with water-dispersible ligands (WAgNPs) were also utilized as a control sample. The existence of the ligands on the Ag surface was confirmed by FT-IR spectra. Metal nanoparticles with different surface chemistries exhibited different dispersion tendencies. O-AgNPs were highly dispersed even at high concentrations, whereas W-AgNPs exhibited significant aggregation in the polymer layer. Both dispersion and blending concentration of the Ag nanoparticles in P3HT:PCBM matrix had critical effects on the device performance as well as light absorption. The significant changes in short-circuit current density ($J_{SC}$) of the solar cells seemed to be related to the change in the polymer morphology according to the concentration of AgNPs introduced. These findings suggested the importance of uniform dispersion of plasmonic metal nanoparticles and their blending concentration conditions in order to boost the solar cell performance.
일반적인 반도체 기반의 광촉매는 물질 고유의 밴드갭 때문에 자외선이나 가시광선에 의해서만 활성화될 수 있고, 태양광 에너지의 약 50%를 차지하는 근적외선 영역의 에너지는 활용할 수 없다. 따라서 기존의 반도체 광촉매의 성능을 향상시키기 위해서는 자외선에서 근적외선에 이르는 넓은 영역에서 더 많은 태양광 에너지를 활용할 수 있어야 한다. 태양광의 근적외선 영역을 활용하기 위해 기존 반도체 광촉매를 업컨버전 나노입자와 결합하는 연구들이 수행되고 있다. 업컨버전 나노입자는 근적외선 광자를 여러 개 흡수하여 자외선이나 가시광선으로 변환하여 광촉매를 활성화할 수 있다. 그리고 반도체 광촉매와 업컨버전 나노입자에 플라즈모닉 금속 나노입자를 함께 결합시키면 태양광에 의한 광촉매 활성을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 총설은 업컨버전 나노입자를 이용하여 근적외선 영역의 태양광 에너지가 광촉매의 성능 향상에 기여할 수 있도록 하는 최근의 연구결과를 바탕으로 서술하였다.
Irradiation of the metal nanoparticles causes local plasmon resonance in a specific wavelength band, which can improve the absorption and scattering properties of a structure. Since noble metal nanoparticles have better resonance effects than those of other metals, it is easy to identify plasmonic reactions and this is advantageous to find the optical tendency. Compared to having a particle gap or randomly arranged particle structures, densely and evenly packed structures can exhibit more uniform optical properties. Using the uniform properties, the structure can be applied to optical filtering applications. Therefore, in this paper, validation tests about metal nanoparticles and thin film structures are conducted for more accurate analysis. The optical properties of monolayer and bilayer noble metal nanoparticle structures with different diameters, packed in a uniform array, are investigated and their optical trends are analyzed. In addition, a thin film structure under identical conditions as metal nanoparticle structure is evaluated to confirm the improved optical characteristics.
Laser-induced plasmonic sintering of metal nanoparticles (NPs) is a promising technology to fabricate flexible conducting electrodes, since it provides instantaneous, simple, and scalable manufacturing strategies without requiring costly facilities and complex processes. However, the metal NPs are quite expensive because complicated synthesis procedures are needed to achieve long-term reliability with regard to chemical deterioration and NP aggregation. Herein, we report laser-induced Ag NP self-generation and sequential sintering process based on low-cost Ag organometallic material for demonstrating high-quality microelectrodes. Upon the irradiation of laser with 532 nm wavelength, pre-baked Ag organometallic film coated on a transparent polyimide substrate was transformed into a high-performance Ag conductor (resistivity of 2.2 × 10-4 Ω·cm). To verify the practical usefulness of the technology, we successfully demonstrated a wearable transparent heater by using Ag-mesh transparent electrodes, which exhibited a high transmittance of 80% and low sheet resistance of 7 Ω/square.
The manufacturing cost of thin-film photovoltics can potentially be lowered by minimizing the amount of a semiconductor material used to fabricate devices. Thin-film solar cells are typically only a few micrometers thick, whereas crystalline silicon (c-Si) wafer solar cells are $180{\sim}300\mu}m$ thick. As such, thin-film layers do not fully absorb incident light and their energy conversion efficiency is lower compared with that of c-Si wafer solar cells. Therefore, effective light trapping is required to realize commercially viable thin-film cells, particularly for indirect-band-gap semiconductors such as c-Si. An emerging method for light trapping in thin film solar cells is the use of metallic nanostructures that support surface plasmons. Plasmon-enhanced light absorption is shown to increase the cell photocurrent in many types of solar cells, specifically, in c-Si thin-film solar cells and in poly-Si thin film solar cell. By proper engineering of these structures, light can be concentrated and coupled into a thin semiconductor layer to increase light absorption. In many cases, silver (Ag) nanoparticles (NP) are formed either on the front surface or on the rear surface on the cells. In case of poly-Si thin film solar cells, Ag NPs are formed on the rear surface of the cells due to longer wavelengths are not perfectly absorbed in the active layer on the first path. In our cells, shorter wavelengths typically 300~500 nm are also not effectively absorbed. For this reason, a new concept of plasmonic nanostructure which is NPs formed both the front - and the rear - surface is worth testing. In this simulation Al NPs were located onto glass because Al has much lower parasitic absorption than other metal NPs. In case of Ag NP, it features parasitic absorption in the optical frequency range. On the other hand, Al NP, which is non-resonant metal NP, is characterized with a higher density of conduction electrons, resulting in highly negative dielectric permittivity. It makes them more suitable for the forward scattering configuration. In addition to this, Ag NP is located on the rear surface of the cell. Ag NPs showed good performance enhancement when they are located on the rear surface of our cells. In this simulation, Al NPs are located on glass and Ag NP is located on the rear Si surface. The structure for the simulation is shown in figure 1. Figure 2 shows FDTD-simulated absorption graphs of the proposed and reference structures. In the simulation, the front of the cell has Al NPs with 70 nm radius and 12.5% coverage; and the rear of the cell has Ag NPs with 157 nm in radius and 41.5% coverage. Such a structure shows better light absorption in 300~550 nm than that of the reference cell without any NPs and the structure with Ag NP on rear only. Therefore, it can be expected that enhanced light absorption of the structure with Al NP on front at 300~550 nm can contribute to the photocurrent enhancement.
Solar cells, converting abundant solar energy into electrical energy, are considered crucial for sustainable energy generation. Recent advancements focus on nanoparticle-enhanced solar cells to overcome limitations and improve efficiency. These cells offer two potential efficiency enhancements. Firstly, plasmonic effects through nanoparticles can improve optical performance by enhancing absorption. Secondly, nanoparticles can improve charge transport and reduce recombination losses, enhancing electrical performance. However, factors like nanoparticle size, placement, and solar cell structure influence the overall performance. This study evaluates the performance of silver nanoparticles incorporated in a p-i-n structure of perovskite solar cells, generated via aerosol state by the evaporation and condensation system. The silver nanoparticles deposited between the hole transport layer and transparent electrode form nanoparticle embedded transport layer (NETL). The evaluation of the optoelectronic properties of perovskite devices using NETL demonstrates their potential for improving efficiency. The findings highlight the possibility of nanoparticle incorporation in perovskite solar cells, providing insights for sustainable energy generation.
Choi, Hyung-Y.;Guerrero, Michael S.;Aquino, Michael;Kwon, Chu-Hee;Shon, Young-Seok
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제31권2호
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pp.291-297
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2010
This article introduces a facile nanoparticle self-assembly/annealing method for the preparation of nanoisland films. First, nanoparticle-polymer multilayer films are prepared with layer-by-layer assembly. Nanoparticle multilayer films are then annealed at $~500^{\circ}C$ in air to evaporate organic matters from the films. During the annealing process, the nanoparticles on the solid surface undergo nucleation and coalescence, resulting in the formation of nanostructured gold island arrays. By controlling the overall thickness (number of layers) of nanoparticle multilayer films, nanoisland films with various island density and different average sizes are obtained. The surface property of gold nanoisland films is further controlled by the self-assembly of alkanethiols, which results in an increased surface hydrophobicity of the films. The structure and characteristics of these nanoisland film arrays are found to be quite comparable to those of nanoisland films prepared by vacuum evaporation method. However, this self-assembly/annealing protocol is simple and requires only common laboratory supplies and equipment for the entire preparation process.
VO2 has intensively investigated for several decades due to its interesting physical properties, including metal-insulator transition (MIT), thermochromic and thermoelectric properties, near the room temperature. And also gas and photo sensing properties of VO2 nanowires have attracted increasing research interest due to the high sensitivity and multi-sensing capability. We studied the light-induced resistance change of VO2 nanowires. In particular, we have investigated plasmonic enhancement of the photo-sensing properties of the VO2 nanowires. To select proper wavelength, we performed finite-difference time-domain simulations of electric field distribution in the VO2 nanowires attached with Ag nanoparticles. Localized surface plasmon resonance (LSPR) is expected at wavelength of 560 nm. The photo-sensitivity was carefully examined as a function of the sample temperature. In the presentation, we will discuss physical origins of the photo-induced resistance change in VO2.
In this work, we investigate polarization-dependent excitation of the propagating surface plasmon polariton (SPP) modes in gold nanowires (Au NWs) combined with gold nanoparticles (Au NPs). The light coupling from focused light to SPPs on Au NWs is investigated for different structural combinations of Au NWs with Au NPs, using full-wave finite-element numerical simulations. The results show that the excitation of SPPs changes remarkably on varying the orientation of the NP on NW or the polarization angle of the incident light. Metallic NWs combined with NPs can be applied to the polarization-resolved SPP coupling in various optical and optoelectronic devices including photonic circuits and optical sensors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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