银纳米立方颗粒对基于PTB7:PC_(70)BM有机太阳能电池性能的优化研究

【摘要】：有机太阳能电池(OSCs)因其制作工艺简单、原材料丰富、轻便、柔性、可大面积制备等优点,近年来得到了广泛关注。但与无机太阳能电池相比,其光电转化效率偏低,主要是由于OSCs活性层的光吸收长度和载流子传输距离之间的矛盾,限制了活性层的厚度,即活性层太厚不利于载流子的解离、传输和收集。因此,必须找一个方法在不增加活性层厚度的情况下,提高活性层的光吸收,以提高OSCs的光电转化效率。目前,最常见的方法是在OSCs中引入金属纳米结构,尤其是掺杂制备容易、光学性能易于调控的金属纳米颗粒,利用金属纳米颗粒的局域表面等离子激元共振和远场散射效应来提高OSCs光捕获,进而改善OSCs的光电转化效率。本工作选择了目前很少被关注的二氧化硅包覆的银纳米立方颗粒(Ag NCs@Si O2)和裸露的银纳米立方颗粒(Ag NCs),将其掺杂在活性层底部,研究了对基于PTB7:PC_(70)BM OSCs性能的影响,并对其中的物理机制进行了详细分析。主要研究内容如下:1、用液相化学合成法制备了Ag NCs。然后用St?ber的方法,对Ag NCs进行了二氧化硅包覆,得到了Ag NCs@Si O2。并用紫外-可见光吸收、场发射扫描电子显微镜和高分辨率透射电子显微镜对制得的银纳米颗粒进行了表征。结果显示,Ag NCs的边长为40-50 nm左右,Si O2包覆层的厚度大约为8-15 nm。Ag NCs的共振吸收峰位于351 nm,384 nm和440nm。Ag NCs@Si O2的共振吸收峰位于356 nm,386 nm和451 nm,相对于Ag NCs,主吸收峰红移了11 nm。2、设计并优化了基于PTB7:PC_(70)BM的标准OSCs和掺杂银纳米颗粒的OSCs,并对其光伏性能及稳定性进行了表征。结果表明,掺杂Ag NCs@Si O2和Ag NCs器件的平均光电转换效率分别为7.84%和7.52%,与标准器件相比,分别提高了13.8%和9.13%。而且掺杂银纳米颗粒可以改善器件的稳定性。3、通过研究掺杂银纳米立方颗粒对活性层相分离的影响和对激子产生、激子解离以及载流子迁移率的影响,详细分析了银纳米立方颗粒对电池光伏性能的影响机理。并通过掺杂Ag NCs@Si O2和Ag NCs光伏器件性能的对比研究探明了Si O2包覆层的作用。结果表明,掺杂银纳米立方颗粒后,提高了活性层对光的吸收能力,因而提高了激子的产生率;改善了活性层的相分离,因而提高了激子的解离率和载流子的传输和收集效率;改变了活性层内的光场分布,使激子的产生、解离区域移向阴极,降低了迁移率较低的电子的传输距离,减少了活性层内空间电荷的积累,也提高了载流子的传输和收集,同时提高了器件的稳定性。和Ag NCs相比,Ag NCs@Si O2激发了更强的表面等离激元共振,并且使银纳米颗粒更深入到活性层内部,因而表现了更强的光捕获能力和诱导了更高的载流子的传输和收集效率。 【关键词】：有机太阳能电池 银纳米立方颗粒 二氧化硅包覆 表面等离子体共振效应 相分离
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 有机太阳电池主要研究进展12
• 1.2 有机太阳能电池结构12-16
• 1.2.1 单层太阳电池12-13
• 1.2.2 双层太阳能电池13
• 1.2.3 体异质结太阳能电池13-14
• 1.2.4 叠层太阳能电池14-16
• 1.3 有机太阳能电池工作原理16-18
• 1.4 有机太阳能电池主要性能参数18-21
• 1.5 金属纳米颗粒在有机太阳能电池中的应用21-23
• 1.6 本论文的主要研究内容及意义23-25
• 第二章 银纳米立方颗粒的制备及表征25-35
• 2.1 化学试剂及实验仪器设备25-26
• 2.2 银纳米颗粒的制备及表征26-33
• 2.2.1 银纳米立方颗粒的制备流程26-28
• 2.2.2 二氧化硅包覆银纳米立方颗粒的制备流程28-29
• 2.2.3 银纳米颗粒形貌及光学特性29-33
• 2.3 本章小结33-35
• 第三章 银纳米颗粒掺杂的PTB7:PC_(70)BM有机太阳能电池的制备工艺及性能优化35-53
• 3.1 实验材料及仪器设备35-39
• 3.2 器件结构设计39
• 3.3 器件制备工艺流程39-44
• 3.3.1 ITO玻璃预处理39-41
• 3.3.2 旋涂及掺杂工艺41-43
• 3.3.3 蒸镀工艺43-44
• 3.4 银纳米颗粒对PTB7:PC_(70)BM有机太阳电池性能的优化44-52
• 3.4.1 Ag NCs对电池光伏性能的优化44-47
• 3.4.2 Ag NCs@SiO2对电池光伏性能的优化47-48
• 3.4.3 不同类型优化电池的平均性能参数对比48-51
• 3.4.4 不同类型的优化电池的EQE对比研究51-52
• 3.4.5 银纳米颗粒对电池稳定性的影响52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 银纳米立方颗粒对PTB7:PC_(70)BM有机太阳能电池光伏性能的影响机理53-65
• 4.1 银纳米立方颗粒对活性层相分离的影响53-58
• 4.1.1 PEDOT:PSS薄膜的表面能研究53-55
• 4.1.2 活性层的表面形貌研究55-56
• 4.1.3 活性层的垂直相分离研究56-58
• 4.2 银纳米立方颗粒对激子产生的影响58-61
• 4.2.1 活性层的光吸收性能研究58-59
• 4.2.2 光伏电池的饱和光电流研究59-60
• 4.2.3 活性层给体的光发射研究60-61
• 4.3 银纳米立方颗粒对激子解离的影响61-63
• 4.4 银纳米立方颗粒对载流子迁移率的影响63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 总结和展望65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-75
• 硕士阶段科研成果75

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

银纳米团可以储存更多的光学数据    周吉峰

光化学法合成银纳米线及其形成机理的研究    邹凯,张晓宏,吴世康,段晓峰

硅酸盐基银纳米孔复合材料顺利通过检测    

一维银纳米棒的制备及其薄膜化研究    周学东;何鑫;赵修建;赵小锋;

银纳米立方体的制备及其影响因素    王悦辉;张琦;周济;

玻璃中定向银纳米棒的制备及偏光性能研究    冯晋阳;刘保顺;宋明霞;周学东;赵修建;

三角银纳米柱的研究进展    马占芳;司国丽;初一鸣;陈颖;

线状和树枝状银纳米结构、形成机理及表面增强拉曼散射性质(英文)    吴馨洲;裴梅山;王庐岩;李肖男;陶绪堂;

偏振方向及结构间耦合作用对空心方形银纳米结构表面等离子体共振的影响    李山;钟明亮;张礼杰;熊祖洪;张中月;

银纳米枝的合成及表面增强拉曼效应    赵红;付宏刚;田春贵;任志宇;袁明明;

微波冷凝回流制备银纳米线    邵桂雪;李天保;张华;赵君芙;梁建;许并社;

水溶性银纳米结构的一步法合成及机理研究    李慧珺;胡洋;钱东金;陈萌;

有机模板剂对银纳米晶形貌的影响    严亚;康诗钊;穆劲;

柠檬酸银纳米乳液的合成与表征    莫黎昕;李路海;李亚玲;郝雅玲;乔淑楠;

栀子干粉及其水提液还原制备单晶银纳米线    黄加乐;高艺羡;林丽芹;孙道华;周尧;李清彪;

基于磷钼酸的光致还原法制备银纳米线    刘兰兰;何朝东;李嘉;郭金宝;魏杰;

聚合物纳米球保护的银纳米簇的发光性质研究    王绪美;徐抒平;李洋;徐蔚青;

电沉积银纳米膜的光学性质研究    乐士儒;栾野梅;安茂忠;

银纳米三棱粒子的肩并肩组装及光控解组装研究    张秀清;凌剑;彭君;曹秋娥;丁中涛;

室温离子液体中制备花状银纳米结构    陈楚艳;李庆;王译莹;李元;钟小玲;

美利用银纳米线开发出弹性导体    华凌

扎个银“筏”载分子    赵亚萍

金银在前,光线也“分手”    记者 黄堃

银纳米技术让LG显示器健康环保升级    特约撰稿 耿随平

我市“民企”产品跻身世界高端技术领域    记者 李鸿青 李细万

低维银纳米结构的合成和表面等离激元性质的研究    侯岩雪

聚合物功能化的银纳米材料及其分析应用研究    陈朝晖

银纳米立方体及其与银膜耦合结构增强的荧光与拉曼研究    易明芳

银纳米结构的制备及其在表面增强拉曼光谱中的应用    吕志成

水溶性类球形银纳米晶的可控制备及其应用    李厚深

银纳米三角片的制备及其表面增强拉曼光谱的应用    薛彬

金、银纳米有序结构的制备与光学性能的研究    冯晋阳

金、银纳米结构的制备与光学性质研究    朱杰君

聚苯胺和导电银纳米结构的形貌控制制备    陈勇

以聚乙烯亚胺为模板合成银纳米簇及其性能与相关应用的研究    曲斐

基于银纳米阵列与行波式无阀微流泵的集成化LSPR生物传感器研究    叶巍翔

银纳米立方颗粒对基于PTB7:PC_(70)BM有机太阳能电池性能的优化研究    王志元

银纳米微粒的制备和光谱特性研究及分析应用    周岱子

以聚甲基丙烯酸为模板微波法合成荧光银纳米簇和1D银纳米粒子及应用研究    崔强

中空银纳米球的制备及其性能研究    石卫华

银纳米线和网的制备及其应用    颜光清

基于银纳米三棱粒子的色度分析法在无机离子和药物小分子检测中的应用研究    杨秀华

银纳米晶的制备及其催化性能研究    张孟如

银纳米线和银纳米支状材料的制备与应用    李晓晓

银纳米微粒吸附去除方法研究    魏明红