(PhysOrg.com) -- In de wereld van zonne-energie, organische fotovoltaïsche zonnecellen hebben een breed scala aan potentiële toepassingen, maar ze worden nog steeds als een parvenu beschouwd. Terwijl deze op koolstof gebaseerde cellen, die organische polymeren of kleine moleculen als halfgeleiders gebruiken, zijn veel dunner en goedkoper te produceren dan conventionele zonnecellen gemaakt met anorganische siliciumwafels, ze lopen nog steeds achter in hun vermogen om zonlicht efficiënt om te zetten in elektriciteit.

Nutsvoorzieningen, UCLA-onderzoekers en hun collega's uit China en Japan hebben aangetoond dat door gouden nanodeeltjes in deze organische fotovoltaïsche cellen op te nemen - gebruikmakend van het plasmonische effect, waardoor metaal helpt om de absorptie van zonlicht te verbeteren - ze kunnen de energieconversie van de cellen aanzienlijk verbeteren.

In een onlangs gepubliceerd artikel in ACS Nano , het team van onderzoekers, geleid door Yang Yang, een professor in materiaalkunde en engineering aan de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science en directeur van het Nano Renewable Energy Center aan het California NanoSystems Institute van de UCLA, laten zien hoe ze een laag gouden nanodeeltjes tussen twee lichtabsorberende subcellen in een tandem-polymeerzonnecel hebben ingeklemd om een ​​groter deel van het zonnespectrum te oogsten.

Ze ontdekten dat door gebruik te maken van de onderling verbonden goud-nanodeeltjeslaag, ze waren in staat om de stroomconversie met maar liefst 20 procent te verbeteren. De gouden nanodeeltjes creëren een sterk elektromagnetisch veld in de dunne organische fotovoltaïsche lagen door een plasmonisch effect, die licht concentreert zodat veel meer ervan door de subcellen kan worden geabsorbeerd.

Het team is de eerste die een plasmonisch-versterkte polymeer tandem zonnecel rapporteert, de moeilijkheden hebben overwonnen die gepaard gaan met het opnemen van metalen nanostructuren in de algehele apparaatstructuur.

"We hebben met succes een zeer efficiënte tandem-zonnecel van plasmonpolymeer gedemonstreerd door simpelweg een gouden nanodeeltjeslaag tussen twee subcellen op te nemen, Yang zei. "Het plasmonische effect dat plaatsvindt in het midden van de verbindingslaag kan zowel de bovenste als de onderste subcellen tegelijkertijd verbeteren - een 'sweet spot' - wat leidt tot een verbetering van de energieconversie-efficiëntie van de tandemzonnecel van 5,22 procent naar 6,24 procent. De verbeteringsratio is zo hoog als 20 procent."

Het onderzoeksteam omvatte Xing Wang Zhang van het Key Lab of Semiconductor Materials Science aan het Institute of Semiconductors aan de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking en Ziruo Hong van de Graduate School of Science and Engineering aan de Yamagata University in Japan.

Experimentele en theoretische resultaten tonen aan dat het verbeteringseffect werd bereikt door lokale verbetering van het nabije veld van de gouden nanodeeltjes. De resultaten laten zien dat het plasmonische effect een groot potentieel heeft voor de toekomstige ontwikkeling van polymere zonnecellen. De door het team voorgestelde tussenlaagstructuren als een open platform kunnen worden toegepast op verschillende polymeermaterialen, mogelijkheden bieden voor zeer efficiënte, multi-stacked tandem zonnecellen.