本研究透過晶種調整法和賈凡尼置換法(galvanic replacement approaches)成功合成金銀合金奈米棱柱體（AuAgNPrisms）。將合成的 AuAgNPrisms 以最佳濃度加入緩衝層/主動層界面，可以將PTB7：PC70BM基有機光伏電池的功率轉換效率由6.58％提高到了7.11％，電流密度從13.36提高到15.01 mA/cm2，其對應的增強因子分別為8.1％和12.4％。根據本論文的系統研究，可以得到的結論是 AuAgNPrisms 的加入不僅增加主動層在寬波長範圍內的光吸收，並提高PTB7和PC70BM之間界面處的激子解離速率。藉由AuAgNPrisms的加入，雖然觀察到漏電流有增加，但是載子遷移率也明顯提高，使得填充因子的減小可以忽略不計。因此本研究工作可能有助於發展高效率和低成本的有機太陽能電池。
與無機光伏電池相比，有機光伏電池（OPV）雖然具有成本低，材料充足，可大面積生產，良好的靈活性等諸多優點，但其功率轉換效率仍然較低。一種提高OPV的PCE之有效方法是加入金屬奈米粒子。這歸因於表面電漿極化子（SPPs）的激發，在金屬奈米粒子附近可以產生增強的局域場和強烈的光散射，進而可以增加主動層中的光吸收。此外，最新的研究工作顯示，金屬奈米粒子也可以改善OPV的電特性。
目前已經有將不同形狀的金屬奈米粒子例如球體、棱柱、棒狀、立方體等加入OPV結構之研究。等向性金屬奈米粒子（即Au或Ag奈米球）很早就被加入OPV之結構中，但它們的共振很弱，並且共振頻帶不能自由調諧。此外，奈米球的散射/吸收比非常低，導致金屬消耗大量的光。相比之下，非等向性金屬奈米粒子可以誘導SPPs覆蓋較寬的波長范圍，且由於較大形狀的粗糙表面，會引起強烈的表面電荷極化而產生很高的散射/吸收比。例如，由金屬奈米棱柱所引起的共振峰可以透過增加它們的尺寸而從可見光改變到紅外線區域，而且它們尖銳的邊緣可以產生很強的局部場。2013年，有研究將Ag奈米棱柱（AgNPrisms）和奈米球同時嵌入主動層中，使得PCE增加19.4％。後來在2014年，又有研究在主動層的正面和背面加入了AgNPrism，使得在具有氧化銦錫（ITO）陽極的OPV結構之PCE改善約18％，在無ITO的OPV結構中改善10％。直接將金奈米粒子嵌入光伏電池中是不行的，因為它們的共振峰通常係位於紅外線區。為了引發在可見光範圍內的SPP共振，Gangishetty等人透過熱退火使金奈米粒子尺寸減小，成功地提高染料敏化太陽能電池的效率。值得注意的是晶種調整法製備的AgNPrism並不穩定，會在24小時內發生嚴重降解。
與AgNPrisms相比，AuAg合金奈米棱柱（AuAgNPrisms）具有更好的穩定性。此外，AnAgNPrsims相對於AgNPrisms能產生更高光密度的消光。Shahjamali等人得出的結論為，穩定的AuAgNPrisms可以大幅地提高P3HT：PCBM薄膜的載子產生率。在此，本研究透過實驗進一步驗證AuAgNPrisms改善OPV之PCE的潛力。首先透過晶種調整法合成AgNPrisms，再利用賈凡尼置換法將它們轉化為AuAgNPrisms。接著，將它們結合在緩衝層和主動層之間的界面處，使其具有最佳的濃度。加入AuAgNPrisms的OPV與對照組樣品相比，PCE增加8.1％，短路電流密度增加12.4％。本論文也詳細分析元件性能提高的原因。
在實驗部分，金屬奈米粒子可以簡易地通過化學合成方法獲得，而且它們的光學特性可以通過調整材料組成、形態、尺寸等任意調整。此處，本論文係採用晶種調整法合成AgNPrisms。第一步驟係準備晶種溶液。在燒杯中將檸檬酸三鈉水溶液（0.25mL，500mg/L）與NaBH4水溶液（0.3mL，10mM）和聚（苯乙烯磺酸鈉）水溶液（0.25mL，500mg/L）混合。此過程需要持續地攪拌。接著，以2mL/min的速率將AgNO3水溶液（5mL，0.5mM）注入到混合溶液中。此注入過程需要持續劇烈地攪拌。待注入AgNO3後，持續劇烈攪拌20分鐘。在反應過程中，混合溶液的顏色逐漸地由無色變為棕色，表示AgNPrisms晶種已製備成功。下一步是藉由事先準備好的晶種溶液製備AgNPrisms。利用5mL蒸餾水稀釋抗壞血酸（75μL， 10mM），接著加入100μL晶種溶液，再以1mL/min的速率注入AgNO3（3mL， 0.5mM）溶液。待注入後，持續地攪拌3分鐘。最後，AgNPrisms的合成即完成。接著，使用賈凡尼置換法將AgNPrisms轉移到AuAgNPrisms中。於製備好的AgNPrisms溶液中加入抗壞血酸（400μL，10mM），以1mL/min的速率注入HAuCl4（4mL，0.5mM）。待5分鐘後，會在水溶液中形成AuAgNPrisms。為了在緩衝層上方旋塗AuAgNPrisms而不損壞，需要通過兩次離心處理（6500 r/min，15 min）將溶劑轉換成乙醇。至止，即完成AuAgNPrisms在乙醇溶液中的合成。
藉由優化用於旋塗的AuAgNPrism乙醇溶液的濃度，可以獲得OPV元件的最佳性能。根據觀察，與對照樣品相比，加入AuAgNPrims之所有三種類型的OPV都表現出一些特能的改善，電流密度增加而開路電壓保持不變。此外，隨著AuAgNPrim溶液濃度的增加，FF逐漸減少。其中，用0.5mM AuAgNPrism乙醇溶液製備PEDOT：PSS表面的OPV元件性能最佳。最佳元件的Jsc和PCE分別比對照元件增加12.4％和8.1％。複合膜層的吸收增強主要發生在主動層中。這證明AuAgNPrisms可以在主動層中捕捉更多其周圍的入射光，由此可以顯著增加光的吸收和相對應主動層中的激子產生率。此外，本論文還發現AuAgNPrisms的加入也可以使激子解離。上述對多層膜吸收光譜的研究顯示，具有AuAgNPrisms的PTB7：PC70BM層具有較高的激子產生率; 因此更高的光致發光強度是可以被期待的。 然而，可以看出，與對照樣品相比，具有0.5mM AuAgNPrisms薄膜的光致發光強度低很多，反映它具有更高的激子解離率。因此，AuAgNPrisms可以協助PTB7和PC70BM之間界面處的激子解離，這限制了激子的輻射躍遷。與未加入奈米粒子相比，在PEDOT：PSS/PTB7：PC70BM界面，加入AuAgNPrisms會形成更多的缺陷，可以捕獲更多的電子和電洞，在反向偏壓下產生更高的電流。同時，本論文也注意到，在將AuAgNPrisms加入OPV元件後，串聯電阻變小。這可能是由於在AuAgNPrisms的幫助下，使得主動層中的載子遷移率提高。簡而言之，載子遷移率的增加導致串聯電阻的降低，這可以在一定程度上補償因並聯電阻降低而引起的FF降低。
綜合以上之結果，本論文系統地探討將AuAgNPrisms加入緩衝層/主動層界面對PTB7：PC70BM系之OPV性能的影響。用於調整PEDOT：PSS表面之AuAgNPrism乙醇溶液的最佳濃度為0.5mM。在AuAgNPrisms的輔助下， PTB7：PC70BM系之OPV的PCE可以達到7.11％，相對於用純乙醇溶劑製備PEDOT：PSS表面的對照組電池，增加8.1％。性能得以改善係歸因於主動層光吸收的增加，及藉由加入AuAgNPrisms使得PTB7和PC70BM界面之間的激子解離率增加。本研究還發現，加入AuAgNPrisms可以增加漏電流，從而降低並聯電阻，但由於載子遷移率也會隨著AuAgNPrisms的加入而增加，其對應於較低的串聯電阻，因此加入AuAgNPrisms之OPV的總體FF僅略低於對照組樣品。此研究將有助於開發高效率的OPV。