利用三維銀納米結(jié)構(gòu)提高有機太陽能電池性能的研究

【摘要】：有機太陽能電池因其廉價、易于大面積制備等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注,但是有機材料的的吸收系數(shù)較低,且激子擴散能力有限,限制了光電轉(zhuǎn)化效率的提高。金屬納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的表面等離子體增強效應(yīng)可以解決這一問題。本文的研究工作主要是將三維銀納米片應(yīng)用到電池中,通過銀納米片的表面等離子體效應(yīng)增強器件對光的吸收率,進(jìn)而提高器件的短路電流密度。本文的研究工作主要有以下三個方面的內(nèi)容： (1)通過銀鏡反應(yīng)制備得到了三維的銀納米片。研究了不同的種子層對銀納米片形貌、密度的影響。研究發(fā)現(xiàn)種子層的粗糙度、密度及與銀的晶格匹配度是影響產(chǎn)物形貌、密度的關(guān)鍵因素。低粗糙度、高密度、高晶格匹配度的種子層能夠誘導(dǎo)得到高密度、結(jié)晶良好、形狀規(guī)整的銀納米片。以金為種子層,得到了厚度為20nm,高度為100nm的三維銀納米片陣列。 (2)將在ITO上生長的銀納米片結(jié)構(gòu)應(yīng)用到有機太陽能電池中。器件結(jié)構(gòu)是：ITO/AgNSs/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/LiF/Al.優(yōu)化密度后的器件開路電壓為0.60V,短路電流密度為11.16mA/cm2,填充因子為53.69%,能量轉(zhuǎn)換效率3.60%。該轉(zhuǎn)換效率是經(jīng)典器件的1.29倍。器件效率提高的原因是三維銀納米片產(chǎn)生了強的表面等離子體效應(yīng),增強了活性層對光的吸收,進(jìn)而增加了激子的產(chǎn)生和分離。 (3)研究了不同厚度的金種子層生長銀納米片陣列對器件性能的影響,其結(jié)構(gòu)為ITO/Au(/AgNSs)/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al。在ITO上鍍金后,器件的性能與經(jīng)典器件相比幾乎不變,這說明金并沒有阻礙活性層對光的吸收。在金種子層上生長銀納米片的器件的短路電流密度和轉(zhuǎn)換效率明顯提高。其中0.6nm的金種子層上生長半小時銀納米片的器件的轉(zhuǎn)換效率最高,達(dá)到2.29%,是經(jīng)典器件的1.37倍。這說明三維銀納米片陣列增強了活性層對光的吸收和利用。 【關(guān)鍵詞】：銀納米片 種子層 表面等離子體效應(yīng) 能量轉(zhuǎn)換效率 有機太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 等離子體效應(yīng)在光伏器件中的應(yīng)用10-11
• 1.3 在薄膜電池中等離子體捕獲光的模式11-15
• 1.3.1 通過等離子體增強光散射11-12
• 1.3.2 通過等離子體使光聚集12-13
• 1.3.3 使用等離子體模式捕獲光13-15
• 1.4 等離子體效應(yīng)對減少光伏成本的意義15-16
• 1.5 新型等離子體太陽能電池的設(shè)計16-17
• 1.6 大面積制備等離子體太陽能電池結(jié)構(gòu)17-18
• 1.7 本章小結(jié)18
• 1.8 本文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新之處18-20
• 第二章 實驗原料與實驗設(shè)備20-23
• 2.1 實驗原料20
• 2.2 實驗設(shè)備20-23
• 第三章 不同種子層的銀納米片的制備23-32
• 3.1 引言23-24
• 3.2 銀納米片的合成24-25
• 3.3 實驗結(jié)果與討論25-31
• 3.3.1 SEM分析25-27
• 3.3.2 TEM分析27-28
• 3.3.3 XRD分析28-29
• 3.3.4 AFM分析29-30
• 3.3.5 表面潤濕性30-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第四章 三維銀納米片對有機太陽能電池性能的影響32-47
• 4.1 引言32-33
• 4.2 實驗部分33-34
• 4.2.1 有機太陽能電池的制備33-34
• 4.3 銀納米片的形貌及其對器件性能的影響34-45
• 4.3.1 銀納米片的形貌34-35
• 4.3.2 銀納米片的等離子共振吸收峰35
• 4.3.3 銀納米片對活性層形貌的影響35-36
• 4.3.4 銀納米片對活性層吸收峰的影響36-37
• 4.3.5 銀納米片對太陽能電池IPCE光譜的影響37-38
• 4.3.6 銀納米片對太陽能電池的PL光譜的影響38-39
• 4.3.7 銀納米片對太陽能電池的光伏特性的影響39-42
• 4.3.8 銀納米片對太陽能電池的二極管特性的影響42-43
• 4.3.9 PEDOT：PSS對器件性能的影響43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-47
• 第五章 三維銀納米片陣列結(jié)構(gòu)對有機太陽能電池性能的影響47-53
• 5.1 實驗部分47-48
• 5.1.1 電池制備過程47-48
• 5.2 金基底對電池性能的影響48-50
• 5.2.1 不同厚度的金的紫外-可見吸收光譜48
• 5.2.2 不同厚度的金的透過光譜48-49
• 5.2.3 不同厚度的金對電池性能的影響49-50
• 5.3 金基底上生長銀納米片及其對電池性能的影響50-52
• 5.3.1 不同厚度的金上外延生長銀納米的器件的性能50-52
• 5.4 本章小結(jié)52-53
• 第六章 全文總結(jié)及展望53-55
• 6.1 全文總結(jié)53
• 6.2 今后工作展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 發(fā)表論文和科研情況說明59-60
• 致謝60

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