基于傳輸矩陣法的有機太陽能電池的光學(xué)計算研究

【摘要】：本文利用傳輸矩陣模型理論和MATLAB計算軟件對不同結(jié)構(gòu)的有機太陽能電池性能進(jìn)行研究，優(yōu)化了器件結(jié)構(gòu)，獲得最優(yōu)器件性能，具體包括以下幾個方面： 研究了體異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)、活性層厚度、載流子傳輸層厚度以及不同電極對P3HT:PCBM太陽能電池光電性能的影響。計算結(jié)果表明：當(dāng)器件為倒置結(jié)構(gòu)，活性層P3HT:PCBM厚度為225nm時，器件光電性能最優(yōu)，此時短路電流密度為15.5mA/cm2，效率為5.77%；背電極采用Ag和Al電極的器件短路電流密度相近，而使用Au電極的器件短路電流密度則會明顯降低。當(dāng)器件為正置結(jié)構(gòu)，電子傳輸層TiO2可以作為光學(xué)間隔層，改變器件內(nèi)部光電場的分布，增強光吸收。 研究了活性層為rubrene/C70的平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的性能。重點研究了rubrene和C70厚度的變化對于活性層內(nèi)總吸收光子數(shù)的影響，結(jié)果表明光干涉現(xiàn)象直接影響器件的性能，并計算出該電池最優(yōu)化的活性層厚度組合。當(dāng)rubrene和C70厚度分別為33nm和28nm時，器件具有最大短路電流密度。同時實驗制備了rubrene和C70為活性層的電池，測試結(jié)果與理論計算結(jié)果相一致。 模擬計算了活性層為給體材料PCPDTBT、P3HT和受體材料PC60BM、PC70BM不同組合的疊層電池的短路電流密度。結(jié)果表明PC70BM比PC60BM具有更好的光學(xué)和電學(xué)性能。底電池為寬能隙半導(dǎo)體材料P3HT:PC70BM，頂電池為窄能隙材料PCPDTBT:PC70BM的串聯(lián)電池表現(xiàn)出最好的電池性能。若內(nèi)量子效率為1，電池的最高效率可達(dá)10.9%。 【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)優(yōu)化 光學(xué)模型 傳輸矩陣法 有機太陽能電池 短路電流密度 光電場強度
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(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3-4
• Abstract4-7
• 1 緒論7-15
• 1.1 研究背景及意義7-8
• 1.2 有機太陽能電池簡介8-12
• 1.2.1 有機太陽能電池工作原理8
• 1.2.2 有機太陽能電池的結(jié)構(gòu)8-11
• 1.2.3 有機太陽能電池研究進(jìn)展11-12
• 1.3 本論文的選題依據(jù)及主要內(nèi)容12-13
• 參考文獻(xiàn)13-15
• 2 光學(xué)傳輸矩陣?yán)碚撃Ｐ?/span>15-24
• 2.1 傳輸矩陣法概述15-16
• 2.2 薄膜光學(xué)理論——傳輸矩陣的基礎(chǔ)理論16
• 2.3 邊界條件及反射折射16-19
• 2.4 傳輸矩陣的理論推導(dǎo)19-23
• 參考文獻(xiàn)23-24
• 3 P3HT:PCBM體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光學(xué)計算24-35
• 3.1 引言24
• 3.2 理論模型24-25
• 3.3 結(jié)果與討論25-32
• 3.3.1 正置和倒置器件的探究25-30
• 3.3.2 光學(xué)間隔層（Opticalspacer）30-31
• 3.3.3 倒置器件中電極對器件性能的影響31-32
• 3.4 結(jié)論32-33
• 參考文獻(xiàn)33-35
• 4 Rubrene/C70平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光學(xué)計算35-43
• 4.1 引言35
• 4.2 實驗和理論部分35-37
• 4.3 結(jié)果與討論37-41
• 4.3.1 模擬吸收光譜圖37
• 4.3.2 Rubrene厚度的優(yōu)化37-40
• 4.3.3 C70厚度的優(yōu)化40-41
• 4.4 結(jié)論41-42
• 參考文獻(xiàn)42-43
• 5 串聯(lián)疊層太陽能電池的光學(xué)計算43-50
• 5.1 引言43
• 5.2 理論和模型43-44
• 5.3 結(jié)果與討論44-48
• 5.4 結(jié)論48-49
• 參考文獻(xiàn)49-50
• 6 總結(jié)與展望50-52
• 6.1 總結(jié)50-51
• 6.1.1 基于P3HT:PCBM的聚合物太陽能電池的光學(xué)計算50
• 6.1.2 Rubrne/C70平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光學(xué)計算50
• 6.1.3 串聯(lián)疊層太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化50-51
• 6.2 展望51-52
• 碩士期間發(fā)表的論文52-53
• 致謝53

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