有机光伏电池前电极及其陷光效应研究

摘要

能源的发展为现代社会的进步提供了充足的动力，随着不可再生能源的不断消耗，开发新能源成为迫在眉睫的任务。目前太阳能成为具备竞争力的清洁能源，有机电池凭借成本低、重量轻、生产工艺简单、可与柔性衬底兼容等优势受到了越来越来的科研人员的关注，有机电池逐渐显示出了它的商业价值。有机光伏电池吸光活性层的电学传输特性和光学吸收特性的不匹配是制约其能量转换效率提升的主要原因之一。通过陷光结构对入射光进行调控，提高电池对光的约束和捕获能力从而达到“电学薄”和“光学厚”的等效作用，是解决有机光伏电池电学和光学不匹配的有效手段。本文选取了合适的前电极材料以及对前电极进行陷光处理有效的增强了活性层的光学吸收和转换效率。通过对电极表面的修饰，实现了电极与活性层之间良好的界面接触，减小了对电池开路电压和填充因子的影响。我们认为这个新颖的光管理方法将会为制备高效和低成本的光伏电池提供一个有效和实用的途径。
　　本论文的主要工作：
　　1.将氧化铟锡（ITO）、氧化锌掺铝（AZO）、氧化锌掺镓（GZO）三种透明导电薄膜分别作为前电极制备成有机光伏器件，通过对比它们的光学性能、电学性能、形貌特征以及效率，我们发现效率为3.89％的AZO和3.77%的GZO完全可以代替3.96%的ITO,在不损失光伏性能的前提下，可以解决ITO资源稀少和价格昂贵的难题，为有机电池的发展提供了广泛的电极选择。
　　2.前面的研究已经证明 AZO完全可以代替 ITO，而且 AZO薄膜具有可塑造性，这为后面的电极陷光设计提供了支撑。采用湿法刻蚀技术获得了系列时间梯度的绒面 AZO薄膜，将其作为有机电池的入射陷光电极，显著的增强了光吸收。研究发现：最佳绒面电极结构的器件相比于平面电极结构的器件，电流密度增加了8.17%，转换效率改善了11.29%。这些提升正是来自于绒面前电极的散射和陷光作用，同时通过雾度测试和外量子效率测试也证明了这一观点。

目录

声明

引言

1 有机光伏电池的基本综述

1.1 有机光伏电池的基本结构

1.2有机光伏电池的基本原理

1.3有机光伏电池的性能参数

2 有机光伏电池陷光研究进展

2.1 等离子体陷光结构

2.2 光子晶体陷光结构

2.3 绒面背反射电极陷光结构

2.4 纤维型陷光结构

2.5 总结

3 前电极的选择对有机光伏电池性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与分析

3.4 总结

4绒面陷光电极的制备与分析研究

4.1 引言

4.2 实验

4.3 实验结果与分析

4.4 总结

5 前景与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢