Využití plazmoniky v organické fotovoltaice

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá studiem plasmonicky navýšené absorpce vedoucí ke zlepšení účinnosti organických solárních článků. K navýšení absorpce světla ve fotoaktivní vrstvě jsou použity koloidní nanočástice stříbra. Rozptyl světla z nanočástic střibra do fotoaktivní vrstvy představuje jedno z možných řešení, jak navýšit celkovou účinnost fotovoltaických zařízení. Simulace elektromagnetických jevů jsou pro statické podmínky prováděny v softwaru Lumerical (Lumerical Solutions, Inc.). Je zkoumána absorpce ve fotoaktivní vrstvě v závislosti na konfiguraci stříbrných nanočástic. Simulace potvrzují, že ve fotoaktivní vrstvě, která je modifikovaná nanočásticemi stříbra, dochází k navýšení absorpce. Abychom potvrdili výsledky simulací, bylo vyrobeno několik stříbrem modifikovaných vzorků. Vzorky byly pro tento druh experimentu připravené z poly(3-hexyltiofenu):[6,6]-fenyl-C61-butyric-acid-metyl esteru. U některých, nanočásticemi stříbra modifikovaných, vzorků dochází k navýšení tvorby excitonů, v důsledku čehož je pozorován nárůst fotoproudu. V této práci je zahrnut teoretický i experimentální přístup k dané problematice.The diploma thesis deals with the study of the plasmon-enhanced absorption leading to an improvement of the power conversion efficiency in organic solar cells. To increase the light absorption in the photoactive layer, colloidal silver nanoparticles are used. The scattering of the light from silver nanoparticles into the photoactive layer represents one of possible solutions how to increase the power conversion efficiency of photovoltaic devices. To perform electromagnetic simulations in the steady-state regime, the software Lumerical (Lumerical Solutions, Inc.), is used. For different geometrical arrangements of silver nanoparticles, the absorption in photoactive layer is observed. Simulations prove the enhancement of the absorption in the photoactive layer while incorporating silver nanoparticles. To confirm results from simulations, a couple of samples modified with silver nanoparticles, is produced. Samples produced for this kind of experiments are based on Poly(3-hexylthiophene):[6,6]-Phenyl-C61-butyric-acid-methyl ester. For some samples modified with silver nanoparticles, an exciton creation is improved. As the result, the enhancement in the short-circuit current is observable. Here, the theoretical and experimental approach to this topic is reviewed.