表面等离子效应对有机薄膜太阳能电池性能影响的研究

摘要

有机薄膜太阳能电池由于其成本低廉、厚度薄、重量轻、可弯折等优点，成为目前太阳能电池研究领域的一个热点。但由于有机材料的光吸收与载流子迁移率之间的矛盾，限制了有机薄膜太阳能电池效率的进一步提高。如何在有限的有机光敏感层中，提高光的吸收效率，成为人们进一步提高有机光伏器件效率的急需解决的问题。金属纳米颗粒的表面等离子效应，由于其能够颗粒光散射近场增强以及表面等离子激元增强薄膜器件光吸收，而成为目前提高光伏器件效率的一个有效途径。本文利用真空热蒸镀法制备了银纳米颗粒，并研究了其表面等离子效应对有机薄膜太阳能电池的性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴采用真空热蒸镀法，制备了不同厚度银纳米颗粒薄层，并研究了薄层厚度对光吸收以及等离子共振频率的影响。随着银薄层厚度的增加，其对光的吸收增强，而且由于银纳米颗粒粒径的增大，其表面等离子共振频率也出现移动。⑵通过将银纳米颗粒置于有机太阳能电池ITO阳极与PEDOT:PSS之间，制备了结构为ITO/AgNPs layer(xnm)/PEDOT:PSS(20nm)/CuPc(20nm)/C60(40 nm)/Bphen(5nm)/Ag(100nm)的器件，其中x=0、1、2、3、4。当银薄层平均厚度为2 nm时，电池器件的能量转化效率由1.73％提高至2.20%。分析表明，银纳米颗粒通过散射入射光以及近场增强效应，增加了有机光敏感层对入射光的吸收，从而增加了器件短路电流，提高了器件的能量转换效率。⑶基于P3HT:PCBM太阳能器件，我们在阴极缓冲层中添加银纳米颗粒，制备了结构为：ITO/PEDOT:PSS(20 nm)/P3HT:PCBM(200nm)/Bphen(5 nm)/Ag NPs layer(xnm)/Bphen(5nm)/Ag(100nm)的器件，其中x=0、1、2、3、4。当银薄层平均厚度为2nm时，器件性能取得了改进。利用“热”激子理论，我们解释了器件短路电流及填充因子的提高。

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第一章 绪论

1.1 太阳能电池研究的背景及意义

1.2 有机薄膜太阳能电池技术的发展历史

1.3 有机太阳能的优点及未来应用领域

1.4 有机太阳能电池产业化现状

1.5 有机薄膜太阳能电池发展趋势

1.6 本文主要工作

第二章 有机薄膜太阳能电池简介

2.1 引言

2.2 有机太阳能电池材料简述

2.3 有机太阳能电池制备技术

2.4 有机太阳能电池基本工作原理

2.5 器件结构

2.6 影响器件性能的重要参数

2.7 本章小结

第三章 银纳米颗粒制备及研究

3.1 引言

3.2 金属纳米颗粒的表面等离子体共振

3.3 金属纳米颗粒的制备方法

3.4 银纳米颗粒的制备及研究

3.5 本章小结

第四章 银纳米颗粒表面等离子效应对小分子有机太阳能电

4.1 实验部分

4.2结果及讨论

4.3 本章小结

第五章 银纳米颗粒表面等离子效应对聚合物太阳能电池性

5.1 实验部分

5.2结果及讨论

5.3 本章小结

第六章 总结和展望

致谢

参考文献

攻硕期间发表论文及成果