OPV 소자의 광활성층에 금속 나노입자 주입 효과

용액 공정으로 제조된 나노입자가 OPV 소자의 광활성층내에 분산되면 광흡수을 상당히 강화시킬 수 있는데 이는 큰 지름의 나노입자에 의한 산란광의 발생 또는 작은 지름의 입자로 부터 LSPR 모드의 여기에 의한 것이다. 

광흡수 증가 효과는 플라즈몬 공명 파장 보다 더 긴 파장으로 확장되어 나타나기 때문에 금속 나노입자 자체에 의한 손실은 대수롭지 않다. 

한편, 광수확 효과에 반하는 나노입자와 혼합물 계면에서의 exciton 재결함 과정이 있다. 

dodelcyl amine의 리간드 껍질로 안정화된 지름 5~6 nm의 나노입자(Au, Ag)를 OPV 소자의 광활성층에 첨가했을 때 70% 이상의 성능 향상이 있었는데 그것은 대부분 활성층 또는 계면에서 불순물 준위가 생겨 전기 전도성 높아지고 직렬 저항이 낮아진 결과이다. 나노입자에 의한 광산란에 의한 광흡수 증가는 거의 없었다. 

화학적 합성된 나노입자의 경우 계면활성제의 존재와 리간드 코팅은 나노입자와 활성층사이에 비방사 에너지 이동을 통해 원치 않는 exciton quenching을 일으킨다. 이는 플라즈몬에 의한 향상 효과를 감소시킨다. 

참고:  Nanoparticle-based plasmonic organic photovoltaic devices, Emmanuel Strakakis et al. Materials Toda, Volume 16, Number 5, April 2013.