Constructing Multifunctional Virus-Templated Nanoporous Composites for Thin Film Solar Cells: Contributions of Morphology and Optics to Photocurrent Generation
Notice bibliographique
Résumé
Biotemplates, such as the high aspect ratio M13 bacteriophage, can be used to nucleate noble metal nanoparticles and photoactive materials such as metal oxides, as well as organize them into continuous structures. Such attributes make them attractive scaffolds for solar applications requiring precise organization at the nanoscale. For instance, thin film solar cells benefit from nanostructured morphologies that aid light absorption and carrier transport. Here, we present a biotemplating strategy for assembling nanostructured thin film solar cells that enhance the generated photocurrent through two features: (1) a nanoporous and continuous M13 bacteriophage-templated titania network that improves charge collection and (2) the incorporation of metal nanoparticles within the active layer of the device to improve light harvesting. We demonstrate our ability to construct virus-templated solar cells by applying this strategy to depleted titania–lead sulfide quantum dot (PbS QD) bulk heterojunctions. The titania morphology produced by our biotemplate allows charges to be efficiently collected from the bulk of the active material and light that is otherwise poorly absorbed by the QDs to be harvested using metal nanoparticles that exhibit plasmon resonances in the visible range. We show that high aspect ratio bacteriophages provide a structural template for synthesizing titania networks with tunable porosity, into which PbS QDs are infiltrated to create photoactive nanocomposites suitable for photovoltaics. Upon optimization, the generated photocurrent and power conversion efficiency of the bacteriophage-templated devices demonstrate a 2-fold improvement over those of control devices made with randomly organized titania nanoparticles. When the virus is complexed with gold nanoparticles (Au NPs), silver nanoparticles (Ag NPs), or silver nanoplates (Ag NPLs) during assembly, the device performance is further improved, with Ag NPLs enhancing the short-circuit current density and power conversion efficiency by 16% and 36.5%, respectively, over those of virus-based devices without NPs. The observed trends in photocurrent enhancement match well with numerical predictions, and the role of the nanostructured morphology on the device optics was computationally explored. The challenges overcome in this work could be extended to other heterojunction devices, such as hybrid systems involving conducting polymers, as well as other biologically templated electronics.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».