金属微腔结构提高聚合物太阳能电池性能的研究

【摘要】：能源问题是目前世界各国之间矛盾冲突的首要问题。由于传统能源如石油、煤炭等资源日益枯竭,人们正逐渐研究开发利用资源充足且十分清洁环保的太阳能。近年来,新型聚合物太阳能电池以其成本低廉,柔韧性好,质量轻等优势成为太阳能电池开发领域的重点。本论文阐述了太阳能电池的分类、聚合物太阳能电池的发展历程及现状、太阳能电池的基本原理、重要参数及电池结构。在传统的聚合物太阳能电池中,通常使用透明度较高的导电ITO玻璃作为电极,但是ITO电极易脆,导电率低,且铟是一种稀有金属,使得ITO电极造价昂贵。因此本文研究并利用WO3/Au/WO3叠层透明电极代替传统ITO电极。提出了Au-Al金属微腔新结构的聚合物太阳能电池,并完成了以P3HT:ICBA及PCDTBT:PC70BM为活性层的两种Au-Al微腔聚合物电池的结构设计及实验制备。通过制备的电池实验性能测试分析,新结构器件提高了太阳能电池的短路电流密度及功率转换效率。通过传输矩阵法(TMM)光学模型对设计的器件性能进行模拟验证,模拟结果与实验测试结果匹配,证明了实验设计方案合理有效。基于设计的Au-Al金属微腔结构太阳能电池可降低生产成本,且效率有一定的提高,对于今后聚合物太阳能电池的实际应用及商业化规模生产有一定的参考价值。 【关键词】：聚合物 太阳能电池 金属微腔 透明电极
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-20
• 1.1 研究背景及意义6-7
• 1.2 太阳能7-9
• 1.3 太阳能电池的分类9-11
• 1.4 有机聚合物太阳能电池的发展历程及现状11-18
• 1.5 本论文主要研究内容18-20
• 第二章 太阳能电池原理20-37
• 2.1 半导体简介20-22
• 2.2 电子-空穴对22-23
• 2.3 P-N结23-24
• 2.4 无机太阳能电池的工作原理24-25
• 2.5 有机聚合物太阳能电池的基本工作原理25-27
• 2.6 有机聚合物太阳能电池的重要参数27-30
• 2.7 有机聚合物太阳能电池的结构30-37
• 第三章 可代替传统ITO的叠层透明电极的设计制备与表征37-43
• 3.1 叠层透明电极替代ITO电极的优势37
• 3.2 复合透明电极材料简介37-38
• 3.3 叠层透明电极的制备与表征38-43
• 第四章 Au-Al微腔结构提高P3HT：ICBA聚合物太阳能电池性能的研究43-54
• 4.1 给体材料及受体材料的性质43-44
• 4.2 P3HT：ICBA非ITO微腔结构器件与ITO非微腔对比器件的结构设计与能级分析44-46
• 4.3 P3HT：ICBA非ITO微腔结构器件与ITO非微腔对比器件的制备46-47
• 4.4 器件的参数测量与讨论47-54
• 第五章 Au-Al微腔结构提高PCDTBT：PC_(70)BM聚合物太阳能电池性能的研究54-63
• 5.1 给体材料及受体材料的性质54-55
• 5.2 PCDTBT：PC_(70)BM非ITO微腔结构器件与ITO非微腔对比器件的结构设计与能级分析55-57
• 5.3 PCDTBT：PC_(70)BM非ITO微腔结构器件与ITO非微腔对比器件的制备57-58
• 5.4 器件的参数测量与讨论58-63
• 第六章 全文总结63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 作者简介71
• 攻读硕士学位期间研究成果71-72

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