纳米结构金属的表面等离效应在有机太阳能电池中的应用

【摘要】：近年来，有机太阳能电池发展迅速，它们具有廉价、柔软、轻便等诸多优点，是硅太阳能电池的有力挑战者，有望在未来光伏产业中扮演重要角色。目前，基于聚合物的有机太阳能电池的转化效率更是已经超过10%。然而，有机太阳能电池的进一步应用仍然受到一些技术因素的制约。有机半导体中激子的扩散距离比有机光伏电池光敏层的厚度要短得多，而且有机半导体载流子的迁移率比硅半导体要小很多；这一固有缺陷要求我们在制作有机光伏电池时，需要选择较薄的光敏层厚度以获取更高的能量转换效率，但随着光敏层的厚度变薄，它的光吸收也会随之减少。 从这个制约因素出发，本论文运用真空镀膜技术和旋涂制膜技术制备基于poly(3-hexylthiophene):(6,6)-phenyl-C60-butyric acid methyl ester (P3HT:PCBM)的聚合物太阳能电池，研究了金属纳米结构表面等离子共振效应在有机太阳能电池中的应用。具体内容如下： 1.利用银纳米结构的表面等离子增强效应，优化设计具有金属纳米颗粒的有机光伏电池结构，采用旋涂制膜技术和真空蒸镀技术制备了含有银纳米颗粒的空穴传输层(PEDOT:PSS)聚合物体异质结光伏电池以确保较薄的活性层有充足的光吸收； 2.利用了溶液法把附着着金纳米颗粒的氧化石墨烯复合物加入到PEDOT:PSS阳极缓冲层中。这种利用氧化石墨烯作为模板来负载金纳米颗粒的新方法，可以在引入等离子体效应的同时避免金纳米颗粒的团聚。实验表明，加入了附着有金纳米颗粒的氧化石墨烯后，器件光敏层的光吸收和激子产生率都得到了提升，使得器件的光电流和转化效率都增大了。通过对实验数据和模拟结果的分析，器件性能提升是因为在PEDOT:PSS与光敏层界面处金纳米颗粒局部等离子共振效应引起的近场激发增强。通过系统的理论和实验研究分析金纳米颗粒在有机太阳能电池中的近场增强作用和电子效应。 3.利用化学方法合成SiO_2微球，利用PEDOT:PSS和SiO_2纳米微球混合物来制备有机太阳能电池空穴注入传输层，我们希望在不牺牲器件电学性能的前提下提高PEDOT:PSS膜的物理性能，并且利用SiO_2纳米小球在其中充当光学模板，提高光在电池中的光程达到光俘获的效果，同时研究这种有机无机复合空穴传输层对有机太阳能电池器件性能的影响。 【关键词】：有机太阳能电池 体异质结 表面等离子效应 Ag Au-GO SiO_2
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 有机太阳能电池10-14
• 1.1.1 概述10-11
• 1.1.2 聚合物体异质结有机太阳能电池简介11-14
• 1.2 表面等离子效应及其在光伏电池中的应用14-16
• 1.2.1 表面等离子体效应简介14-15
• 1.2.2 局域表面等离子体15
• 1.2.3 表面等离子增强有机太阳能电池15-16
• 1.3 论文主要内容结构16-17
• 1.4 参考文献17-20
• 第二章 FDTD 模拟技术简介及实验技术简介20-26
• 2.1 金属纳米颗粒表面等离子体电磁模型简介20-21
• 2.1.1 时域有限差分算法简介20-21
• 2.2 实验设备简介21
• 2.3 有机太阳能电池的优化21-25
• 2.4 参考文献25-26
• 第三章 银纳米颗粒掺杂空穴传输层的表面等离子效应有机太阳能电池的研究26-35
• 3.1 银纳米颗粒的制备27-28
• 3.2 器件的制备28
• 3.3 器件测试结果与分析28-33
• 3.4 参考文献33-35
• 第四章 金纳米颗粒和氧化石墨烯复合物掺杂空穴传输层的有机太阳能电池35-45
• 4.1 金纳米颗粒和氧化石墨烯复合物的合成36
• 4.2 器件的制备36-37
• 4.3 器件测量结果的分析37-43
• 4.4 参考文献43-45
• 第五章 关于二氧化硅纳米球掺杂有机无机复合缓冲层的有机太阳能电池研究45-54
• 5.1 SiO_2纳米球的合成46-47
• 5.2 器件测量结果的分析47-52
• 5.3 参考文献52-54
• 第六章 总结和展望54-56
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文56-57
• 致谢57-58

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