非平衡载流子复合机制对有机太阳能电池性能的影响

摘要

有机太阳能电池是一种重要的可再生资源，太阳能在地球上分布广泛，取之不尽，用之不竭，随着化石燃料的不断耗尽以及近年来环境污染的严重，太阳能的开发研究得到了迅速的发展。但其转化效率目前最大只能达到10％。因此提高太阳能的转化效率成为近年来研究有机太阳能电池的主要研究目的。本文的研究对象是体异质结太阳能电池，掌握了太阳能电池的电学机制，这样就能找出了影响太阳能电池转化效率的主要因素，通过泊松方程，漂移扩散方程和电流连续性方程，采用迭代求解上述三个方程从而对有机太阳能电池的电光伏特性进行研究和讨论。论文主要内容为：
　　1.介绍体异质结太阳能电池的发展，结构，光伏特性，以及其工作原理。模拟了太阳能的吸收光谱代替常数模型的入射光强。采用电荷传输模型模拟体异质结太阳能电池的基本电学性质。其中包括短路和开路情况下材料内部的电势分布，电流密度分布，载流子分布，净产生率分布，电场以及能级分布等。
　　2.太阳能电池的主要损耗机制是复合机制，对太阳能电池的转化效率有直接影响，复合机制对太阳能电池的影响主要表现在电光学特性。太阳能电池的复合机制有直接复合（郎之万复合），间接复合（SRH复合），带尾复合等，到底哪种复合机制起主要作用尚不清楚，本文中主要研究Shockley-Read-Hall复合机制的主导作用。指出在以前模型中被忽略的的三个重要因素，第一个是高斯态密度的复合中心，第二个是在泊松方程中考虑符合中心的陷阱电荷，第三用VM迁移率模型代替了常数模型，将这三个因素考虑到并且优化了SRH复合。这种优化模型被应用到特定的器件。这种器件能够得出关于开路电压(Voc)和光照强度(Pin)的实验数据，它能够区分出复合机制。以往文献用郎之万复合和SRH复合两种复合机制解释开路电压和光照强度的关系，而通过我们优化的SRH复合机制，可以解释无论是在低光照强度还是高光照强度，SRH复合机制都是起主导作用的。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 有机太阳能电池的优势

1.3 太阳能电池的发展历史

1.4 本论文的结构安排

第二章 太阳能电池电学性能的研究

2.1 有机太阳能电池器件分类

2.2有机太阳能电池的光伏特性

2.3 有机太阳能电池的工作原理

2.4有机太阳能电池的基础公式

2.5 离散化处理

2.6 本章小结

第三章 体异质结太阳能电池电学性能的研究

3.1太阳能电池的产生率

3.2 太阳能电池的电荷传输模型

3.3 边界条件

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 体异质结太阳能电池的复合机制

4.1 复合模型

4.2 无序性对SRH复合的影响

4.3 陷阱电荷对SRH复合的影响

4.4 本章小结

第五章 结 论

5.1 论文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果