金屬納米粒子的表面等離子共振效應(yīng)被認(rèn)為是一種提高太陽能電池光吸收的有效手段，然而當(dāng)金屬納米粒子被加入到有機太陽能電池的活性層內(nèi)，金屬納米粒子既可以接受電子，也可以接受空穴，會導(dǎo)致電子和空穴重新復(fù)合，這嚴(yán)重影響了器件的光電轉(zhuǎn)化效率。

近日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所孫再成團隊針對這一問題利用溶膠-凝膠法以銀納米三角為模型合成了具有超薄殼層的Ag@氧化物（SiO2或TiO2）納米三角。氧化物殼層厚度可以控制在2-15nm連續(xù)可調(diào)。氧化物殼層可以有效地避免電子和空穴的復(fù)合，超薄殼層不會影響Ag納米三角的表面等離子共振效應(yīng)。相關(guān)結(jié)果已發(fā)表在Small上。

當(dāng)Ag納米三角加入到光伏器件時，會帶來幾方面的影響，如增強光散射、降低器件內(nèi)阻、表面等離子共振增強效應(yīng)以及增加電子和空穴的復(fù)合機率。其中前三項會對器件的光電轉(zhuǎn)化效率帶來正面的增強結(jié)果，但是電子和空穴的復(fù)合會降低器件的光電轉(zhuǎn)換效率，因此需要抑制這一因素。

另一方面，金屬納米粒子的表面等離子增強效應(yīng)通常是以指數(shù)的形式衰減，因此其作用范圍局限在很小的范圍內(nèi)（小于20納米）。因此殼層的厚度對金屬納米粒子的表面等離子共振效應(yīng)的利用有著很大的影響。該團隊利用溶膠凝膠的方法合成超?。▇2nm）的氧化物殼層能夠既增強了銀納米三角的穩(wěn)定性，又能夠抑制電子或空穴在金屬表面的聚集。

吸收和穩(wěn)態(tài)熒光光譜研究表明銀納米核殼結(jié)構(gòu)的引入不僅增強了活性層的光吸收，而且還促進(jìn)了光生電荷的分離。瞬態(tài)吸收光譜研究表明銀納米結(jié)構(gòu)的加入，光誘導(dǎo)吸收明顯增強，表明光生激子的濃度增加。這證明銀納米粒子的表面等離子共振效應(yīng)在促進(jìn)光吸收上發(fā)揮了很大的作用。相應(yīng)光伏器件的研究表明其光電轉(zhuǎn)化效率可以提高30%。從而證明這種超薄殼層的金屬納米粒子可以充分利用金屬納米粒子的表面等離子共振效應(yīng)。這為其他各種結(jié)構(gòu)的太陽能轉(zhuǎn)化器件的設(shè)計提供新的思路和借鑒。