Influence des nanoparticules d'Ag de différentes tailles et concentrations intégrées dans une couche compacte de TiO2 sur l'efficacité de conversion des cellules solaires à pérovskite

Contexte

Ces dernières années, avec l'épuisement progressif des énergies fossiles, la recherche de nouvelles sources d'énergie durables est devenue une tâche importante. En tant qu'alternative prometteuse, les cellules solaires à pérovskite (PSC) ont suscité un grand intérêt en raison de leurs propriétés photovoltaïques distinctives [1,2,3,4,5]. L'efficacité de conversion de puissance (PCE) des PSC a été considérablement améliorée au fil du temps, passant de 3,8 à 22,1 % [6,7,8]. Les pérovskites organométalliques aux halogénures sont des matériaux à bande interdite directe avec une mobilité élevée des porteurs, une longue diffusion de charge et de grands coefficients d'absorption [9,10,11,12]. Ces propriétés supérieures en font des matériaux photoactifs idéaux dans les cellules solaires [4, 13, 14, 15, 16].

La présence d'une couche mésoporeuse détermine la différence entre les structures mésoporeuses et planes. En général, la structure mésoporeuse est appliquée dans les dispositifs PSC à haute efficacité, car elle augmente la zone de contact de l'interface pour prendre en charge le dépôt de film et améliore également l'extraction et le transfert de charge [17,18,19]. Un PSC typique à structure mésoporeuse est composé d'une couche conductrice d'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO), d'une couche compacte, d'une couche mésoporeuse, d'une couche de pérovskite, d'une couche de transport de trous et d'une couche de contre-électrode. En général, TiO₂ a souvent été utilisé comme couche de transport d'électrons. Cependant, d'autres matériaux tels que Al₂ O₃ , SnO₂ , et ZnO ont également été utilisés comme photoanodes dans les dispositifs PSC [20,21,22,23,24,25]. En fait, TiO₂ les nanoparticules jouent un rôle prépondérant dans la transmission des électrons, c'est pourquoi TiO₂ est actuellement le matériau préféré pour une utilisation dans les dispositifs PSC. Sous irradiation à la lumière visible, des paires électron-trou sont générées dans la couche de pérovskite du dispositif PSC, après quoi les électrons sont transférés séparément vers la couche de transport d'électrons (ETL), tandis que les trous sont transférés vers la couche de transport de trous [26]. L'ETL comprend deux couches différentes, à savoir la couche mésoporeuse et la couche compacte. La couche compacte est également connue sous le nom de couche de blocage des trous, car elle peut interdire la recombinaison des électrons et des trous lorsqu'ils se rencontrent à la surface du verre conducteur FTO [1, 20, 27, 28, 29]. Par conséquent, des films compacts de haute qualité avec des caractéristiques de mobilité des porteurs étonnamment élevées et une excellente conductivité électrique peuvent avoir un impact significatif sur l'efficacité des dispositifs PSC. A l'interface couche compacte/couche mésoporeuse/couche de pérovskite, la recombinaison des porteurs est réduite et l'injection d'électrons peut être accélérée. Selon les recherches de ces dernières années, pour améliorer le PCE d'un dispositif PSC, l'application de nanoparticules plasmoniques s'est avérée faisable [29, 30]. Les nanoparticules métalliques avec effet de résonance plasmonique de surface peuvent augmenter l'absorption efficace de la lumière visible de la couche d'absorption de la lumière [29,30,31], ce qui a été démontré par l'application de nanoparticules plasmoniques métalliques dans différents types de cellules solaires, comme les cellules solaires organiques et cellules solaires au silicium [32, 33]. Ainsi, la même méthode pourrait être utilisée pour améliorer le PCE des dispositifs PSC. Les plasmons de surface peuvent être localisés par des nanoparticules métalliques nobles comme Ag et Au. L'excitation de la résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) peut être réalisée lorsque la fréquence de la lumière visible incidente correspond au pic de résonance, ce qui conduit à des propriétés optiques uniques, telles que l'extinction sélective de la lumière et l'amélioration du champ électromagnétique près de la surface de la nanoparticules métalliques [34]. Par conséquent, l'efficacité et le photocourant d'un dispositif PSC sont améliorés après avoir utilisé les propriétés optiques du LSPR.

À notre connaissance, l'effet des nanoparticules d'Ag (Ag NPs) incorporées dans TiO₂ films compacts sur l'efficacité des dispositifs PSC n'a pas été étudié en profondeur. Par ailleurs, ces dernières années, de nombreux travaux se sont concentrés sur les PSC plasmoniques et le photovoltaïque organique [35,36,37,38,39,40], alors que Ag/TiO₂ Les composites de nanoparticules ont été largement étudiés au cours des dernières décennies pour une utilisation dans les cellules solaires photocatalytiques et à colorant (DSSC). Les NP de métaux nobles ont un effet de diffusion impressionnant et une forte résonance locale des plasmons de surface (LSPR). Ces caractéristiques peuvent améliorer le photocourant des DSSC et augmenter leur capacité photocatalytique [41,42,43,44,45,46,47,48]. Dans nos travaux précédents, TiO₂ déposé sur Ag composites, TiO₂ des réseaux de nanotubes et des nanomatériaux dopés aux ions de terres rares ont été appliqués dans les DSSC et les PSC [49,50,51,52,53]. Dans ce travail, un colloïde a été préparé avec différentes tailles et concentrations d'Ag NPs et intégré dans un TiO₂ couche compacte pour améliorer les performances des PSC. Les résultats ont montré que la présence de Ag NPs dans le film compact peut augmenter l'absorption du dispositif PSC sous irradiation de lumière visible. Cela conduit à la formation de porteurs plus photogénérés en raison de la caractéristique LSPR des Ag NPs par rapport à un dispositif similaire construit sans Ag NPs. De plus, la taille et la concentration optimisées des Ag NPs dans le TiO₂ précurseur sont d'environ 10 nm et 1,5 % mol, respectivement, ce qui peut induire l'efficacité de conversion de puissance la plus élevée du dispositif PSC.

Méthodes

Diverses approches ont été développées pour la préparation de NPs d'Ag de taille contrôlée [38, 54, 55, 56]. Dans cette étude, nous avons choisi la méthode chimique de fabrication des Ag NPs de différentes tailles en raison des matériaux chimiques facilement disponibles et du protocole contrôlable. Pour les Ag NP de 10 nm de diamètre, 0,75 g de polyvinylpyrrolidone (PVP, K30) ont été dissous dans 50 ml d'éthylène glycol. Après avoir chauffé la solution de PVP à 120 °C, 0,25 g de nitrate d'argent (AgNO₃ ) dissous dans 25 ml d'éthylène glycol a été ajouté goutte à goutte et laissé réagir pendant 1 h à cette température. Une solution colloïdale marron clair s'est formée, ce qui impliquait la formation de Ag NPs. Pour les Ag NP de 30 nm, 1,5 g de PVP ont été ajoutés à 20 ml d'éthylène glycol pour être complètement dissous et chauffés jusqu'à 120 °C, puis 0,25 g d'AgNO₃ dissous dans 10 ml d'éthylène glycol a été ajouté goutte à goutte dans la solution chauffée et laissé réagir pendant 1 h à cette température. La couleur de la solution était brune après 1 h de réaction. Pour les Ag NP de 40 nm, 1,5 g de PVP ont été ajoutés à 20 ml d'éthylène glycol pour être complètement dissous et chauffés jusqu'à 120 °C, puis 0,15 g d'AgNO₃ dissous dans 10 ml d'éthylène glycol a été ajouté goutte à goutte dans la solution chauffée et laissé réagir pendant 1 h à cette température. La couleur de la solution était brune après 1 h de réaction. Pour les Ag NPs de 55 nm, la procédure de base et la quantité de matière première étaient les mêmes que celles utilisées pour les Ag NPs de 30 nm, mais la température de chauffage était de 150 °C afin de former des Ag NPs plus grandes. La solution vire progressivement au brun foncé après 30 min de réaction. Après refroidissement à température ambiante, toutes les solutions ont été lavées dans l'ordre avec de l'eau déminéralisée, de l'éthanol et de l'acétone, puis séchées à 50 °C pendant une nuit dans une étuve de séchage sous vide. Par conséquent, des Ag NP de quatre tailles différentes ont été obtenus.

Le TiO₂ Une solution de précurseur compact a été préparée en ajoutant 1 ml de diisopropoxyde bis de titane (75 %, Sigma-Aldrich, États-Unis) à 19 ml d'éthanol. Afin de préparer des précurseurs contenant des Ag NPs de différentes tailles et concentrations, différentes quantités de Ag NPs ont été ajoutées dans le TiO₂ précurseur pour obtenir divers rapports molaires de Ag à Ti, c'est-à-dire 0,5, 1, 1,5, 2 et 2,5 % en moles, et agité pendant 1 h à température ambiante pour former des solutions de précurseur uniformes. Pour le précurseur de la couche mésoporeuse, ZrO₂ ou TiO₂ une solution colloïdale a été ajoutée à de l'éthanol, dans un rapport massique de 1:5, et agitée pendant 12 h à température ambiante.

Les substrats en verre/FTO ont été pré-nettoyés par de l'eau déminéralisée (avec un détergent), de l'acétone, de l'isopropanol et de l'éthanol, en séquence, dans une boîte à ultrasons. Pour la fabrication des dispositifs PSC, TiO₂ Des précurseurs sol-gel avec différentes tailles d'Ag NPs ont d'abord été déposés par centrifugation sur l'électrode transparente à 4000 rpm pendant 20 s, puis chauffés à 150 °C pendant environ 10 min. Les procédures ci-dessus ont été répétées pour la fabrication du film compact, qui a finalement été formé après recuit à 500 °C pendant 30 min. La même méthode a été utilisée pour fabriquer le TiO₂ vierge film compact sans aucun NP métallique. Ensuite, les substrats avec film compact ont été immergés dans une solution aqueuse de TiCl₄ pendant 30 min, à 70 °C, puis chauffé à 150 °C pendant environ 10 min pour optimiser le TiO₂ couche compacte.

Le mésoporeux TiO₂ couche a été déposée sur le film compact par centrifugation du TiO₂ solution colloïdale à 3 500 rpm pendant 20 s, suivie d'un chauffage à 150 °C pendant 10 min et d'un recuit à 500 °C pendant 30 min pour créer l'anatase TiO₂ couche mésoporeuse. Il a été démontré que l'adoption de ZrO₂ dans les CSP peuvent améliorer leur stabilité [57]. Ici, nous avons également utilisé un ZrO₂ solution colloïdale pour le spin-coating sur l'anatase TiO₂ film mésoporeux, et le ZrO₂ obtenu Le film a été fritté à 500 °C pendant 30 min. Une fois le substrat refroidi à température ambiante, le FA_0.4 MA_0.6 PbI₃ La couche de pérovskite a été formée en enduisant par centrifugation la solution de précurseur à 1 000 tr/min pendant 10 s et à 4 000 tr/min pendant 30 s. La solution précurseur de pérovskite (FA_0.4 MA_0.6 PbI₃ ) contenait 462 mg de PbI₂ , 95,4 mg d'iodure de méthylammonium (CH₃ NH₃ I, 99,99 % et 68,8 mg d'iodure de formamidinium (HN=CHNH₃ I, 99,99 %), qui ont été dissous dans 600 mg de N ,N -diméthylformamide et 78 mg de diméthylsulfoxyde. Au cours du revêtement par centrifugation du précurseur de pérovskite, 1 ml d'éther diéthylique a été ajouté uniformément pour former un film de pérovskite stable, selon un rapport précédent [58], qui a ensuite été chauffé à 100 °C pendant 10 min. Le dispositif PSC a été obtenu après la construction des contre-électrodes en carbone (30 μm) par sérigraphie puis recuit à 100 °C pendant 30 min.

Un microscope électronique à balayage à émission de champ (Zeiss Ultra Plus, Allemagne) et un microscope électronique à transmission (TEM ; JEM-2100F, Japon) ont été utilisés pour étudier les sections transversales des dispositifs PSC, ainsi que la morphologie de surface des Ag NPs et compacts film. La structure cristalline de l'Ag et du TiO₂ nanoparticules a été obtenu par un diffractomètre à rayons X (XRD; MAX-RB RU-200B, Japon). La surface des échantillons de couche compacte a été mesurée par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS; ESCALAB 250Xi, Thermo Fisher Scientific). Courant densité-tension (J -V ) les courbes des PSC ont été testées par un simulateur de lumière solaire (Oriel Sol3A, Newport Corporation, USA), sous un éclairage AM 1.5G, à 100 mW/cm ² intensité. Les spectres d'absorption ont été déterminés par spectroscopie ultraviolet-visible (UV-vis; Shimadzu, Japon). L'efficacité de conversion photon-électron incident (IPCE ; Newport Corporation, États-Unis) a été utilisée pour étudier l'efficacité quantique des dispositifs PSC.

Résultats et discussion

Pour les NP sphériques, si leur taille est beaucoup plus petite que la longueur d'onde de la lumière incidente, l'approximation quasi-statique peut être utilisée pour décrire leurs propriétés LSPR. D'après la théorie de Mie, et en appliquant une approximation quasi-statique, la diffusion joue un rôle prépondérant avec l'augmentation du rayon des NP sphériques, et l'intensité d'extinction est alors principalement déterminée par la diffusion. De plus, l'absorption affecte progressivement l'intensité d'extinction lorsque le rayon des NP sphériques diminue [59]. Cependant, l'intensité d'extinction est également liée à l'état du piège de charge des NP sphériques et à la constante diélectrique du milieu environnant. Ainsi, l'intensité de l'extinction nécessite une étude plus approfondie.

La figure 1 montre les modèles XRD du TiO₂ et le TiO₂ contenant de l'Ag . Il est évident que toutes les courbes XRD ont de forts pics attribués à l'anatase TiO₂ avec la carte PDF anatase standard, qui indique que la structure cristalline de TiO₂ change à peine avec l'ajout d'Ag. En fait, les pics d'Ag ne peuvent pas être observés directement en raison de la faible concentration d'Ag et du pic coïncident à environ 2θ = 38°.

Spectres XRD de TiO₂ et TiO₂ intégré à l'Ag

Pour étudier les éléments chimiques du TiO₂ film compact composite, XPS a été utilisé pour explorer l'énergie de liaison chimique des Ag NPs intégrées dans le TiO₂ composé dans le film compact. La figure 2a montre l'énergie de liaison électronique de Ag 3d avec le film compact composite. Les pics d'Ag 3d_5/2 et Ag 3d_3/2 ont été localisés dans 368,3 et 374,3 eV, ce qui est cohérent avec l'énergie de liaison standard de Ag ⁰ [42, 43]. Cela implique que les éléments Ag dans le film compact étaient présents sous forme de substances simples, sans aucune réaction chimique. La figure 2b, c montre la structure du dispositif et l'image en coupe transversale du dispositif PSC avec des Ag NP intégrés dans la couche compacte. En fait, la taille de ZrO₂ et TiO₂ est presque le même d'environ 20 nm. Ainsi, l'interface entre ZrO₂ et TiO₂ n'est pas facile à identifier.

un Ag Spectres XPS 3d de Ag/TiO₂ matériaux composites. b Structure de l'appareil d'un Ag/TiO₂ cellule solaire pérovskite. c Une image FE-SEM en coupe d'Ag/TiO₂ cellule solaire pérovskite. d Diagramme schématique de la séparation et du transfert des supports générés par la photo (les cercles gris, bleu et jaune représentent l'anatase TiO₂ , Ag et nanoparticules de pérovskite)

Étant donné que la distribution de l'Ag ne peut pas être distinguée avec précision grâce à l'imagerie SEM, les images MET ont été utilisées pour évaluer la taille des Ag NP et de l'Ag/TiO₂ film compact composite. Images MET montrant différentes tailles d'Ag NPs et Ag/TiO₂ les composites sont présentés dans la figure 3. La figure 3a–d montre les différentes structures et résultats de distribution de taille des NP d'Ag avec les tailles de 10 nm (Fig. 3a), 30 nm (Fig. 3b), 40 nm (Fig. 3c) , et 55 nm (Fig. 3d), qui ont été préparés par la méthode des polyols. Comme observé dans les figures mentionnées ci-dessus, les tailles des Ag NPs individuelles ont montré peu de variation et la taille uniforme des Ag NPs a pu être facilement distinguée. La figure 3f montre une image agrandie de Ag/TiO₂ composites dans le film compact à partir de la zone en pointillés de la Fig. 3e. Les Ag NPs étaient encerclés par TiO₂ pour la formation d'Ag/TiO₂ composites, et les franges réticulaires de Ag et TiO₂ Les NP étaient à environ 2,40 et 3,50 Å de la zone en pointillés de la figure 3f.

Images HRTEM et résultats de distribution de taille de a NP Ag 10 nm, b NPs Ag 30 nm, c NPs Ag 40 nm, et d NPs d'Ag à 55 nm ; Images HRTEM de e Ag/TiO₂ film compact composite et f image agrandie à partir de la zone pointillée de e

La figure 2e représente le schéma de principe de la séparation et du transfert des porteurs photogénérés dans l'Ag/TiO₂ Dispositif PSC sous irradiation en lumière visible, sans le ZrO₂ couche (les flèches rouges indiquent la voie de transport des électrons et la flèche bleue représente la voie de transport des trous). Pour le TiO₂ couche compacte contenant les Ag NPs, les Ag NPs peuvent agir comme des sites de piégeage de charge, car la bande de conduction des Ag NPs est comprise entre le TiO₂ et le matériau pérovskite [35]. En général, le LSPR de l'Ag peut améliorer considérablement l'absorbance des cellules solaires organiques et pérovskites [35, 36, 44, 45]. Ainsi, la gestion de l'absorbance et du piégeage de charge grâce à l'utilisation de NP Ag de différentes tailles et concentrations devrait influencer la force du photocourant et les performances du dispositif PSC.

La figure 4a présente les spectres d'absorbance des Ag NPs de différentes tailles dans l'eau, ce qui est indiqué par les différents pics d'absorption. Les pics d'absorption correspondants des NP Ag à 10, 30, 40 et 55 nm étaient respectivement d'environ 400, 410, 415 et 420 nm. De plus, les spectres d'absorption UV-vis de l'Ag/TiO₂ des films compacts composites et l'ensemble des dispositifs PSC contenant des Ag NPs de différentes tailles et différentes concentrations sont respectivement représentés sur les Figs. 4 et 5. Comme le montre la Fig. 4b, l'absorbance des NP d'Ag de 10 nm dans l'Ag/TiO₂ Le film compact composite était supérieur à celui des autres tailles, et l'absorbance variait inversement avec la taille des Ag NPs. En fait, les spectres d'absorption de la figure 4c suivent la même tendance que celle illustrée ci-dessus sur la figure 4b, diminuant avec l'augmentation de la taille de Ag NP. Cela peut être dû à la perte optique accrue causée par la réflexion des Ag NPs plus grandes et à l'effet LSPR intrinsèquement fort des Ag NPs de petite taille. Selon des recherches antérieures, à mesure que la taille des NP mentales nobles augmente, l'effet LSPR diminue progressivement et la diffusion de la lumière devient plus dominante [37, 46, 47]. Ainsi, l'effet LSPR a un grand impact sur l'absorbance des dispositifs PSC lorsque les Ag NPs sont relativement faibles.

Spectres d'absorption UV-vis du a différentes tailles d'échantillon Ag NP, b Ag/TiO₂ échantillons avec différentes tailles de Ag NPs, et c Ag/TiO₂ Échantillons de dispositifs PSC avec différentes tailles d'Ag NPs

Spectres d'absorption UV-vis des films compacts et de l'ensemble des dispositifs PSC avec a , b NP d'Ag 10 nm ; c , d NP d'Ag 30 nm ; e , f NPs d'Ag de 40 nm ; et g , h NP Ag 55 nm

La figure 5a–h montre les spectres d'absorption UV-vis des films compacts et de l'ensemble des dispositifs PSC avec des NP Ag de 10, 30, 40 et 55 nm. Comme observé, avec l'augmentation de la teneur en Ag, l'absorption du film compact a été progressivement améliorée dans la région complètement visible. L'absorption de l'ensemble du dispositif PSC a suivi la même tendance à mesure que la teneur en Ag augmentait. Ces spectres indiquent collectivement que 2,5 % mol% d'Ag/TiO₂ avait l'absorption la plus élevée à chaque taille unique d'Ag NP, ce qui est dû à l'effet LSPR. Avec l'augmentation de la teneur en Ag NPs, l'effet LSPR est également devenu plus fort. La taille des nanoparticules joue un rôle important dans le comportement d'extinction, comme l'absorption et la diffusion de la lumière. En comparant la Fig. 4 avec la Fig. 5a, c, e, g, les pics d'absorption plasmonique des Ag NP à 10, 30, 40 et 55 nm se sont déplacés lorsque les Ag NP ont été intégrés dans le TiO_{2 couche compacte, qui est attribuée au plus grand indice de réfraction de TiO2 par rapport à l'eau [48]. En fait, TiO2 Les NP ont une absorption relativement élevée dans cette région de longueur d'onde. Bien que l'effet LSPR des Ag NPs se produise chaque fois que sous irradiation lumineuse, l'absorption dans une région de longueur d'onde inférieure à 350 nm ne montre pas d'augmentation significative en raison du coefficient d'extinction élevé du matériau pérovskite qui conduit à la saturation de l'absorption lumineuse. L'absorbance du matériau pérovskite est forte dans la région de courte longueur d'onde d'environ 400 nm et relativement faible dans la région de longue longueur d'onde de 600 à 800 nm. En raison de l'effet LSPR des Ag NPs, l'absorbance de l'ensemble du dispositif PSC est considérablement améliorée. De plus, les Ag NP améliorent l'absorption de la lumière dans la région visible (380 ~ 780 nm), ce qui peut être principalement attribué au LSPR des Ag NP, en plus de l'absorption du matériau pérovskite, lorsque la taille des Ag NP est plus petite à ~ 100 nm [46].}

Le J mesuré -V les courbes révélant les performances des dispositifs PSC avec différentes tailles et teneurs en Ag NPs sont présentées sur la figure 6. La figure 7 représente un diagramme en deux dimensions et le tableau correspondant de PCE, densité de courant de court-circuit (J _sc ), tension en circuit ouvert (V _oc ), et le facteur de remplissage (FF) de l'Ag/TiO₂ Dispositifs PSC avec différents contenus et tailles d'Ag NPs. En fait, par rapport aux appareils sans Ag NPs, les appareils avec différentes tailles de Ag NPs et différents contenus Ag ont montré peu de différence dans V _oc . Pour la taille Ag NP de 10, 30, 40 et 55 nm, le J _sc de l'Ag/TiO₂ Les dispositifs PSC étaient tous supérieurs à ceux des dispositifs sans Ag NP (20,38 mA cm ⁻² ), les valeurs correspondantes étant d'environ 23,02, 23,7, 22,46 et 22,1 mA cm ⁻² , respectivement. Le J amélioré _sc de l'Ag/TiO₂ Les dispositifs PSC peuvent être attribués à l'amélioration de l'absorption du matériau pérovskite par le LSPR. Ainsi, l'incorporation d'Ag NPs peut améliorer le PCE des dispositifs PSC en augmentant l'intensité d'absorption du matériau pérovskite. Pour une même teneur en Ag NPs, avec l'augmentation de la taille des Ag NPs, le PCE diminue progressivement. L'augmentation de la perte optique causée par la réflexion et l'absorption de plus grandes Ag NPs diminue l'absorption de la lumière du matériau pérovskite. Sur la base du tableau de la Fig. 7, le PCE de l'Ag/TiO₂ Les dispositifs PSC varient en raison inverse de la taille des Ag NPs et de 1,5 mol % Ag/TiO₂ Les dispositifs PSC avec des NP Ag de 10 nm avaient un PCE moyen de 12,01 % (sur 10 dispositifs PSC) et le PCE le plus élevé de 13,26 %. Pour la taille Ag NP de 10 nm, le J _sc du 1,5 % mol Ag/TiO₂ Les dispositifs PSC étaient légèrement inférieurs à ceux des 2 mol% Ag/TiO₂ Appareils PSC, mais 1,5 mol % Ag/TiO₂ Les appareils PSC avaient le FF le plus élevé par rapport à tous les autres contenus de 10 nm Ag/TiO₂ appareils PSC. Cependant, avec l'augmentation de la teneur en Ag NP, le PCE de Ag/TiO₂ Les dispositifs PSC avec différentes tailles de Ag NPs ont diminué progressivement, ce qui est dû aux sites de piégeage de charge des Ag NPs, qui diminuent les performances de la PSC. En effet, les Ag NPs sont considérées comme piégeant les électrons générés par les matériaux pérovskites et peuvent gêner le transport des charges en raison des différents niveaux d'énergie entre TiO₂ et les Ag NPs [60]. Ainsi, l'effet combiné de la diffusion de la lumière et du LSPR peut influencer de manière significative les performances de Ag/TiO₂ Appareils PSC.

J -V courbes de dispositifs PSC avec différents contenus de différentes tailles de Ag NPs de a 10 nm, b 30 nm, c 40 nm et d 55 nm

Histogrammes bidimensionnels et les tableaux correspondants de a PCE, b J _sc , c tension, et d FF des appareils PSC avec différentes tailles et contenus d'Ag NPs

La figure 8 représente les courbes IPCE des dispositifs PSC avec ou sans Ag NPs. Le dispositif PSC avec les NP Ag de 10 nm a montré l'amélioration la plus élevée de l'IPCE dans la région visible, comme le montre la figure 8a. De plus, de faibles valeurs d'amélioration peuvent être observées lorsque la taille des Ag NPs était supérieure à 10 nm. En général, les dispositifs PSC avec Ag NPs avaient des valeurs d'amélioration IPCE plus élevées par rapport aux échantillons sans Ag NPs, ce qui est principalement dû à l'amélioration de l'absorption par le LSPR des Ag NPs. On peut observer sur la Fig. 8b–e que les valeurs d'amélioration IPCE de 1,5 % mol Ag/TiO₂ Les dispositifs PSC étaient les plus élevés pour chaque taille Ag NP. De plus, les valeurs d'amélioration IPCE des dispositifs PSC ont diminué progressivement avec l'augmentation de la teneur en Ag, ce qui peut être attribué au piégeage de charge sur les Ag NP et à la détérioration du transport d'électrons abaissant le PCE. Enfin, l'IPCE est diminué par le transfert d'électrons vers les Ag NPs, où les charges sont piégées par les barrières entre TiO₂ et les Ag NPs.

Spectres IPCE (380 à 800 nm) des appareils PSC avec a différentes tailles de Ag NPs, b contenu différent de NPs Ag 10 nm, c contenu différent de NPs Ag 30 nm, d contenu différent de 40 nm Ag NPs, et e contenu différent de 55 nm Ag NPs