基于FDFD方法的有机太阳能电池光电特性研究

摘要

有机太阳能电池具有重量轻、成本低、耗能低、易于制造、延展性好、易于与其他设备兼容等优点，已成为新型能源领域的研究热点。然而，有机太阳能电池低的光电转化效率一直是有机太阳能电池研究的瓶颈，因此，提高有机太阳能电池的光电转化效率仍是当今研究的热点。本论文就是在有机太阳能电池中加入金属纳米结构，利用表面等离子体共振效应提高光吸收，从而提高光电转化效率。同时，本论文还研究了斜入射条件下，有机太阳能电池的光电特性。之后，在此基础上研究了小周期有机太阳能电池的光电特性。本文主要运用频域有限差分法(FDFD)对太阳能电池中的方程进行求解，从而对其光电特性进行研究和分析。
　　本文的主要研究工作如下:
　　1.简要阐述有机太阳能电池的基本理论，包括有机太阳能电池的发展历程、基本结构、工作原理以及衡量工作性能的特性参数。在传统有机太阳能电池的基础上，引入了表面等离子体纳米结构，介绍了表面等离子体共振效应对提高有机太阳能电池光电转化效率的原理。
　　2.介绍了频域有限差分方法的基本原理，并与其他算法进行对比。在处理频域问题、斜入射问题以及周期结构上，频域有限差分方法存在着较大的优势。将FDFD方法引入有机太阳能电池的研究中，用FDFD方法对有机太阳能电池中的麦克斯韦方程组、泊松方程、漂移-扩散方程进行处理。
　　3.在传统有机太阳能电池的基础上，引入了Ag纳米光栅结构，利用表面等离子体效应来增强有机太阳能电池的光吸收，从而提高光电转化效率。同时，还研究了在斜入射状况下，有机太阳能电池的光电特性。
　　4.缩小含Ag光栅的有机太阳能电池的周期，研究小周期有机太阳能电池的光吸收，光电转化效率;改变光栅的间隔宽度，研究光栅间隔宽度对有机太阳能电池光电特性的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 有机太阳能电池的发展历程和研究现状

1．3 FDFD方法的发展历程及研究现状

1．4 主要研究内容和章节安排

第二章 有机太阳能电池的基本理论

2．1 有机太阳能电池的基本结构

2．2 有机太阳能电池的工作原理

2．3 有机太阳能电池的特性参数

2．4 有机太阳能电池的材料

2．4．1 有机太阳能电池的给体材料

2．4．2 有机太阳能电池的受体材料

2．4．3 有机太阳能电池的界面材料

2．5 表面等离子体效应及其在有机太阳能电池中的应用

2．5．1 表面等离子体效应原理

2．5．2 表面等离子体效应在有机太阳能电池中的应用

第三章 频域有限差分法及其在有机太阳能电池中的应用

3．1 频域有限差分法的基本理论

3．1．1 麦克斯韦方程组

3．1．2 FDFD方程

3．1．3 PML边界条件

3．2 频域有限差分法在光电器件中的应用

3．3 数值算例

第四章 基于FDFD方法的有机太阳能电池斜入射的光电特性研究

4．1 引言

4．2 实验仿真

4．3 结果与讨论

4．3．1 Ag光栅对有机太阳能电池的光电特性的影响

4．3．2 斜入射条件下的有机太阳能电池的光电特性

第五章 基于FDFD方法的小周期有机太阳能电池的光电特性研究

5．1 引言

5．2 实验仿真

5．3 结果与讨论

5．3．1 小周期等离子体有机太阳能电池的光电特性研究

5．3．2 凹槽宽度对有机太阳能电池光电特性的影响

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间研究成果