Published September 28, 2015
| Version v1
Publication
Open
Substrate-induced interfacial plasmonics for photovoltaic conversion
Creators
- 1. Guangdong University of Technology
- 2. Beijing National Laboratory for Molecular Sciences
- 3. Peking University
Description
Surface plasmon resonance (SPR) is widely used as light trapping schemes in solar cells, because it can concentrate light fields surrounding metal nanostructures and realize light management at the nanoscale. SPR in photovoltaics generally occurs at the metal/dielectric interfaces. A well-defined interface is therefore required to elucidate interfacial SPR processes. Here, we designed a photovoltaic device (PVD) with an atomically flat TiO2 dielectric/dye/graphene/metal nanoparticle (NP) interface for quantitatively studying the SPR enhancement of the photovoltaic conversion. Theoretical and experimental results indicated that the graphene monolayer was transparent to the electromagnetic field. This transparency led to significant substrate-induced plasmonic hybridization at the heterostructure interface. Combined with interparticle plasmonic coupling, the substrate-induced plasmonics concentrated light at the interface and enhanced the photo-excitation of dyes, thus improving the photoelectric conversion. Such a mechanistic understanding of interfacial plasmonic enhancement will further promote the development of efficient plasmon-enhanced solar cells and composite photocatalysts.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يستخدم رنين البلازمون السطحي (SPR) على نطاق واسع كمخططات احتجاز الضوء في الخلايا الشمسية، لأنه يمكن أن يركز مجالات الضوء المحيطة بالبنى النانوية المعدنية ويدرك إدارة الضوء على نطاق النانو. يحدث SPR في الخلايا الكهروضوئية بشكل عام عند الواجهات المعدنية/العازلة للكهرباء. لذلك هناك حاجة إلى واجهة واضحة المعالم لتوضيح عمليات موارد البرنامج الخاصة البينية. هنا، قمنا بتصميم جهاز كهروضوئي (PVD) مع واجهة عازلة TiO2 مسطحة ذريًا/صبغة/جرافين/جسيمات نانوية معدنية (NP) للدراسة الكمية لتعزيز SPR للتحويل الكهروضوئي. أشارت النتائج النظرية والتجريبية إلى أن طبقة الجرافين الأحادية كانت شفافة للمجال الكهرومغناطيسي. أدت هذه الشفافية إلى تهجين بلازموني كبير ناتج عن الركيزة في واجهة البنية المتغايرة. جنبًا إلى جنب مع الاقتران البلازموني بين الجسيمات، ركزت البلازمونيات المستحثة بالركيزة الضوء على الواجهة وعززت الاستثارة الضوئية للأصباغ، وبالتالي تحسين التحويل الكهروضوئي. مثل هذا الفهم الميكانيكي لتعزيز البلازمون البيني سيعزز تطوير خلايا شمسية فعالة معززة بالبلازمون ومحفزات ضوئية مركبة.Translated Description (French)
La résonance plasmonique de surface (SPR) est largement utilisée comme système de piégeage de la lumière dans les cellules solaires, car elle peut concentrer les champs lumineux entourant les nanostructures métalliques et réaliser une gestion de la lumière à l'échelle nanométrique. SPR dans le photovoltaïque se produit généralement aux interfaces métal/diélectrique. Une interface bien définie est donc nécessaire pour élucider les processus SPR interfaciaux. Ici, nous avons conçu un dispositif photovoltaïque (PVD) avec une interface diélectrique/colorant/graphène/nanoparticule métallique (NP) TiO2 atomiquement plate pour étudier quantitativement l'amélioration SPR de la conversion photovoltaïque. Les résultats théoriques et expérimentaux ont indiqué que la monocouche de graphène était transparente au champ électromagnétique. Cette transparence a conduit à une hybridation plasmonique significative induite par le substrat à l'interface de l'hétérostructure. Combiné à un couplage plasmonique interparticulaire, le plasmonique induit par le substrat concentre la lumière à l'interface et améliore la photo-excitation des colorants, améliorant ainsi la conversion photoélectrique. Une telle compréhension mécaniste de l'amélioration plasmonique interfaciale favorisera davantage le développement de cellules solaires améliorées par plasmon et de photocatalyseurs composites efficaces.Translated Description (Spanish)
La resonancia de plasmones superficiales (SPR) se utiliza ampliamente como esquemas de captura de luz en células solares, ya que puede concentrar los campos de luz que rodean las nanoestructuras metálicas y realizar la gestión de la luz a nanoescala. La SPR en la energía fotovoltaica generalmente ocurre en las interfaces metal/dieléctricas. Por lo tanto, se requiere una interfaz bien definida para dilucidar los procesos de SPR interfacial. Aquí, diseñamos un dispositivo fotovoltaico (PVD) con una interfaz dieléctrica de TiO2/tinte/grafeno/nanopartícula metálica (NP) atómicamente plana para estudiar cuantitativamente la mejora de SPR de la conversión fotovoltaica. Los resultados teóricos y experimentales indicaron que la monocapa de grafeno era transparente al campo electromagnético. Esta transparencia condujo a una hibridación plasmónica significativa inducida por sustrato en la interfaz de heteroestructura. Combinado con el acoplamiento plasmónico entre partículas, los plasmónicos inducidos por el sustrato concentraron la luz en la interfaz y mejoraron la fotoexcitación de los colorantes, mejorando así la conversión fotoeléctrica. Tal comprensión mecanicista de la mejora plasmónica interfacial promoverá aún más el desarrollo de células solares mejoradas con plasmones eficientes y fotocatalizadores compuestos.Files
srep14497.pdf.pdf
Files
(3.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:512991be351844dcbd7a778e4c6272ec
|
3.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- البلازمونات البينية المستحثة بالركيزة للتحويل الكهروضوئي
- Translated title (French)
- Plasmonique interfaciale induite par substrat pour la conversion photovoltaïque
- Translated title (Spanish)
- Plasmónica interfacial inducida por sustrato para conversión fotovoltaica
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2408862975
- DOI
- 10.1038/srep14497
References
- https://openalex.org/W1963479887
- https://openalex.org/W1973837452
- https://openalex.org/W1975074493
- https://openalex.org/W1987880468
- https://openalex.org/W1988567331
- https://openalex.org/W1991656770
- https://openalex.org/W1995557315
- https://openalex.org/W1997280862
- https://openalex.org/W1999717631
- https://openalex.org/W2005095180
- https://openalex.org/W2014004250
- https://openalex.org/W2014060075
- https://openalex.org/W2018536636
- https://openalex.org/W2019851360
- https://openalex.org/W2020190972
- https://openalex.org/W2021899855
- https://openalex.org/W2024966436
- https://openalex.org/W2040633766
- https://openalex.org/W2046769143
- https://openalex.org/W2062308088
- https://openalex.org/W2068908844
- https://openalex.org/W2075500597
- https://openalex.org/W2083926174
- https://openalex.org/W2087090334
- https://openalex.org/W2090399125
- https://openalex.org/W2106370177
- https://openalex.org/W2106639546
- https://openalex.org/W2107995544
- https://openalex.org/W2108102346
- https://openalex.org/W2116327492
- https://openalex.org/W2117563265
- https://openalex.org/W2120315564
- https://openalex.org/W2129021909
- https://openalex.org/W2136334331
- https://openalex.org/W2138775412
- https://openalex.org/W2139516501
- https://openalex.org/W2143628518
- https://openalex.org/W2157611952
- https://openalex.org/W2165925465
- https://openalex.org/W2166510106
- https://openalex.org/W2171252184
- https://openalex.org/W2322735843
- https://openalex.org/W2323227954
- https://openalex.org/W2333070285
- https://openalex.org/W2780217071
- https://openalex.org/W3037464148
- https://openalex.org/W4241456496