This present paper aims at realizing enhanced power conversion efficiency (PCE) in polymer solar cells with silver nanoparticles (Ag NPs) using different capping agents. Ag NPs, produced by solution chemistry of polyol process and capped with oleylamine (OA), polyvinylpyrrolidone (PVP) and thiol terminated polystyrene (PS-SH), were embedded in the photoactive layer of poly 3-hexylthiophene:6,6-phenyl-C61 butyric acid methyl ester (P3HT:PCBM) bulk heterojunction polymer solar cells. With the presence of suitable capping agent that disturbs aggregation, the dispersion can be better in order of OA, PVP and PS-SH. At an optimized blend ratio 2.5 wt % with 40 nm sized Ag NPs capped with PS-SH, the PCE increased from 3.11 % to 3.49 %, which was measured by using an AM 1.5G solar simulator at 100Mw/cm2 light illumination intensity. This increase can be attributed to improved short circuit current (increased from 8.49 mA/cm2 to 9.29 mA/cm2) due to an enhanced absorption of the P3HT:PCBM film caused by scattering effect. The incident light can be scattered by the embedded well dispersive Ag NPs while passing through the photoactive layer, thereby increasing the optical path length of the incident light and leading to a bound electron-hole pair called an exciton. This is evidenced by an original approach based on extinction spectra by ultraviolet-visible spectrophotometer.
이 논문은 다양한 캡핑제를 가지는 은 나노입자를 함입한 고분자 태양전지의 전력변환효율 향상 실현을 목표로 하고 있다. 폴리올 프로세스로 합성한 은 나노입자는 올레일아민 (Oleyla-mine), 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolodone), 말단에 싸이올이 도입된 폴리스티렌 (Thiol terminated polystyrene)으로 캡핑되어 있고, 벌크헤테로정션 (Bulkheterojunction) 고분자 태양전지의 광활성층인 3-폴리헥실티오펜 (P3HT):6,6-페닐-C6-뷰티릭에시드메틸에스터 (PCBM)에 함입되어 있다. 응집을 방해하는 적절한 캡핑제의 존재하에서는 올레인아민, 폴리비닐피롤리돈, 말단에 싸이올이 도입된 폴리스티렌의 순서로 은 나노입자의 분산도가 좋다. 말단에 싸이올이 도입된 폴리스티렌으로 캡핑된 40나노미터의 은 나노입자를 2.5중량퍼센트로 최적화시켜 도입하면, 100메가와트퍼제곱센티미터의 빛 조명강도에 1.5G 태양 시뮬레이터를 사용하여 측정한 전력변환효율이 3.11퍼센트에서 3.49퍼센트로 증가한다. 이것은 8.49 밀리암페어퍼제곱센티미터에서 9.29 밀리암페어퍼제곱센티미터로 단락전류의 증가에 기인한 것이고, 이것은 산란 효과에 의해 P3HT:PCBM의 광 흡수가 향상된 것이다. 입사광은 광활성층에 지날 때, 잘 분산된 은 나노입자에 의해 산란될 수 있고 그 결과, 입사광의 경로 길이의 증가와 엑시톤이라고 불리는 전자-정공 쌍이 더욱 많이 생성되게 해준다. 이는 자외선-가시광선 분광계의 소멸 스텍트럼에 의해 증명된다.
