有機太陽能電池中摻入包覆型金納米棒的優(yōu)化研究

【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源的日漸枯竭,我們急需發(fā)展和利用新興能源,這其中太陽能的開發(fā)和利用受到人們的廣泛重視。有機太陽能電池有許多的優(yōu)點,其材料來源廣泛、價格低廉、制備的工藝簡單,并且可以卷對卷加工?？墒悄壳坝袡C太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率普遍很低,阻礙其產(chǎn)業(yè)化進程。如何進一步提高電池的效率是大量科學實驗研究的重點。貴金屬納米顆?？梢约ぐl(fā)局域表面等離子共振效應(yīng),將其應(yīng)用于有機太陽能電池中可以在不改變活性層厚度的條件下改善活性層的光吸收。本論文以基于PTB7:PC70BM這一新型活性層材料的有機太陽能電池為研究對象,在不同位置處摻入了不同包覆類型的金納米棒,優(yōu)化研究了包覆型金納米棒的引入對有機太陽能電池性能的影響。通過將PEG包覆的金納米棒摻入到器件的活性層來觀察將金納米棒的植入對其性能的影響。通過將Si O2包覆的金納米棒摻入到器件活性層與緩沖層的界面來提高有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。具體包括:1.通過對金納米棒表面進行PEG的包覆修飾,使原本只具有水溶性的金納米棒可溶于有機溶劑。然后將其摻入到正置有機太陽能電池的活性層PTB7:PC70BM中,并優(yōu)化摻入活性層中金納米棒的濃度。結(jié)果表明,摻入顆粒后器件的短路電流有較大提升,使得最終優(yōu)化器件的能量轉(zhuǎn)換效率較標準器件提高了10.5%。2.將Si O2包覆的金納米棒引入到倒置結(jié)構(gòu)有機太陽能電池的陰極修飾層Zn O和活性層PTB7:PC70BM之間。金納米棒可以增強倒置結(jié)構(gòu)有機太陽能電池對光的吸收作用,同時表面的二氧化硅層能有效地阻止電荷在金納米棒表面的復(fù)合以減少激子的猝滅。研究發(fā)現(xiàn),引入適當濃度的包覆Si O2金納米棒,器件的短路電流有一定地提高,其余的性能參數(shù)基本不變,PCE較標準器件提高了7.7%。最后,我們對本工作做出總結(jié),并提出了未來可能的研究方向。 【關(guān)鍵詞】：有機太陽能電池 包覆型金納米棒 局域表面等離子體共振 倒置有機太陽能電池
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 主要符號說明9-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 有機太陽能電池概述11-18
• 1.1.1 有機太陽能電池的發(fā)展歷史及研究概況11-12
• 1.1.2 有機太陽能電池的工作原理12-14
• 1.1.3 有機太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)14-16
• 1.1.4 有機太陽能電池的性能參數(shù)16-18
• 1.2 表面等離子共振及其在有機太陽能電池中的應(yīng)用18-20
• 1.2.1 表面等離子共振的基本特性18-19
• 1.2.2 表面等離子共振在有機太陽能電池中的應(yīng)用19-20
• 1.3 本論文的研究內(nèi)容及意義20-22
• 第二章 包覆型金納米棒的制備與表征22-34
• 2.1 金納米棒的合成和表征22-28
• 2.1.1 實驗材料和儀器設(shè)備22-23
• 2.1.2 測試與表征方法23-25
• 2.1.3 金納米棒溶液的合成和表征25-28
• 2.2 金納米棒的PEG包覆28-31
• 2.2.1 PEG包覆的金納米棒的制備28-29
• 2.2.2 PEG包覆的金納米棒的表征分析29-31
• 2.3 金納米棒的SiO_2包覆31-33
• 2.3.1 SiO_2包覆金納米棒的制備31
• 2.3.2 SiO_2包覆金納米棒的表征分析31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 Au NRs@PEG在正置有機太陽能電池中的應(yīng)用與優(yōu)化研究34-44
• 3.1 基于PTB7:PC_(70)BM正置標準有機太陽能電池的制備34-38
• 3.1.1 實驗材料和儀器設(shè)備34-35
• 3.1.2 標準正置有機太陽能電池制備流程35-38
• 3.2 Au NRs@PEG摻入正置有機太陽能電池的優(yōu)化研究38-42
• 3.2.1 Au NRs@PEG摻入正置有機太陽能電池的制備38-39
• 3.2.2 器件性能表征與分析39-42
• 3.3 本章小結(jié)42-44
• 第四章 Au NRs@SiO_2在倒置有機太陽能電池中的應(yīng)用與優(yōu)化研究44-56
• 4.1 基于PTB7:PC_(70)BM倒置標準有機太陽能電池的制備44-47
• 4.1.1 倒置標準有機太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計44-45
• 4.1.2 ZnO納米顆粒的制備與表征45-46
• 4.1.3 標準倒置結(jié)構(gòu)有機太陽能電池的制備流程46-47
• 4.2 Au NRs@SiO_2摻入倒置有機太陽能電池的優(yōu)化研究47-54
• 4.2.1 Au NRs@SiO_2摻入倒置有機太陽能電池的制備48-50
• 4.2.2 器件性能表征與分析50-54
• 4.3 本章小結(jié)54-56
• 第五章 總結(jié)和展望56-58
• 參考文獻58-64
• 致謝64-66
• 碩士期間研究成果66

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