近日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所孫再成團(tuán)隊(duì)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。相關(guān)結(jié)果已發(fā)表在Small上。
 
       眾所周知，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(jī)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(huì)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。
 
      孫再成團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一問題合成Ag，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(huì)影響Ag納米三角的表面等離子共振效應(yīng)。
 
      當(dāng)Ag納米三角加入到光伏器件時(shí)，會(huì)帶來幾方面的影響，如增強(qiáng)光散射、降低器件內(nèi)阻、表面等離子共振增強(qiáng)效應(yīng)以及增加電子和空穴的復(fù)合機(jī)率。其中前三項(xiàng)會(huì)對(duì)器件的光電轉(zhuǎn)化效率帶來正面的增強(qiáng)結(jié)果，但是電子和空穴的復(fù)合會(huì)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(qiáng)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(duì)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(tuán)隊(duì)利用溶膠凝膠的方法合成超薄（~ 2nm）的氧化物殼層能夠既增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)，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)。為其他各種結(jié)構(gòu)的太陽能轉(zhuǎn)化器件的設(shè)計(jì)提供新的思路和借鑒。

 
長春光機(jī)所合成具有超薄氧化物殼層的銀納米三角

責(zé)任編輯：溫蕊

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