表面等离子体聚合物太阳能电池

【摘要】：近年来有机太阳能电池因成本低、制备工艺简单、易于实现大面积和柔性等潜在优势备受关注。然而与传统无机太阳能电池相比,有机太阳能电池的光电转换效率还是很低,主要源于有机活性层在整个近红外波段光吸收效率低、载流子迁移率较低、光电转换过程中能量损失大及给体受体材料能级不匹配等。因此,提高光吸收效率是提高有机太阳能电池效率的关键因素。采用窄带隙材料是解决该问题的方法之一,另一行之有效的方法是利用等离子体共振。近几年来,采用等离子体共振促进活性层吸收的方法广泛应用于有机太阳能电池中。用来促进活性层吸收的纳米粒子有金和银纳米粒子,制备方法主要包括蒸镀金属层、激光加工、电子束刻蚀、电脉冲沉积等。本文主要利用晶种法制备出了纳米球和骨头状的金纳米粒子,采用自组装的方法将纳米粒子组装至聚合物太阳能电池中,制备了等离子体聚合物太阳能电池。基于金纳米球的器件中,器件的能量转换效率从3.18%提高到3.78%;基于骨头状纳米粒子的器件中,电池的能量转换效率提高到4.06%,短路电流和能量转换效率较未掺杂纳米粒子的电池提高18.6%和24.2%。深入剖析了金纳米粒子的主要作用机理以及器件性能提升的根源。 【关键词】：有机太阳能电池 表面等离子体 金纳米粒子 自组装
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8-9
• 1.2 有机太阳能电池简介9-12
• 1.2.1 太阳能电池的工作原理9-10
• 1.2.2 伏安特性曲线及主要性能参数10-12
• 1.3 有机太阳能电池结构分类12-15
• 1.3.1 单层肖特基结构12-13
• 1.3.2 双层异质结结构13-14
• 1.3.3 混合异质结结构14
• 1.3.4 叠层结构14-15
• 1.4 常见的有机太阳电池材料15-18
• 1.4.1 小分子材料15-16
• 1.4.2 聚合物材料16-18
• 第二章 表面等离子体共振基本原理及应用18-24
• 2.1 表面等离基元基本原理18-20
• 2.1.1 表面等离子体共振（SPPs）18-19
• 2.1.2 局域表面等离子体共振（LSPR）19-20
• 2.2 时域有限差分法模拟原理及应用20-21
• 2.3 等离子体太阳能电池的研究现状21-23
• 2.3.1 等离子体无机和染料敏化太阳能电池21-22
• 2.3.2 等离子体有机太阳能电池22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 金纳米粒子合成及性质24-35
• 3.1 研究目的24-25
• 3.2 常见的制备金属米粒子的方法25-27
• 3.2.1 真空蒸镀法25
• 3.2.2 硬模版法25-26
• 3.2.3 软模版法26
• 3.2.4 晶种法26-27
• 3.3 金纳米球的制备与表征27-30
• 3.3.1 金纳米球合成过程与结果表征27-28
• 3.3.2 AgNO_3对金纳米球性质的影响28-29
• 3.3.3 HAuCl_4对金纳米球性质的影响29-30
• 3.4 金纳米棒的制备与表征30-33
• 3.4.1 金纳米棒制备过程及结果表征30-31
• 3.4.2 AgNO_3对金纳米棒性质的影响31-32
• 3.4.3 HAuCl_4对金纳米棒性质的影响32-33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 基于金纳米球的聚合物太阳能电池35-42
• 4.1 金纳米粒子引入太阳能电池的常用方法35-36
• 4.2 自组装金纳米粒子方法及其有机太阳能电池应用36-38
• 4.2.1 自组装所用材料36-37
• 4.2.2 自组装方案37-38
• 4.2.3 自组装结果表征38
• 4.3 等离子聚合物太阳能电池结构设计38-40
• 4.3.1 研究目的38-39
• 4.3.2 有机太阳能电池结构39-40
• 4.4 性能分析40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第五章 以骨头状为主的混合金纳米粒子在聚合物太阳能电池中的应用42-53
• 5.1 研究目的42
• 5.2 纳米粒子光学性质分析42-44
• 5.2.1 混合纳米粒子的光吸收42-43
• 5.2.2 周围介质对纳米粒子的光吸收影响43-44
• 5.3 金纳米粒子密度优化44-45
• 5.4 性能分析45-52
• 5.4.1 J-V和IPCE曲线45-47
• 5.4.2 串联电阻47-48
• 5.4.3 膜层结构的变化48-49
• 5.4.4 活性层吸收光谱49-51
• 5.4.5 活性层光致发光光谱51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-54
• 参考文献54-59
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文59-60
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目60-61
• 致谢61

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