聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能優(yōu)化

【摘要】：聚合物太陽能電池由于其潛在的價格優(yōu)勢與可制作大面積柔性器件的優(yōu)點,近年來成為國際眾多研究機構(gòu)和企業(yè)的研究熱點。相比于電池功能層材料的突飛猛進,電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計近十年來卻沒有太多變化,研究新型的電池結(jié)構(gòu)對于提高器件性能與適用環(huán)境等都有重要意義。本研究工作以制作性能穩(wěn)定的標準器件為起步,通過分析器件光學與電學性能并以光學模擬為輔助,最終制作出內(nèi)嵌光柵的類波浪形新型器件。 從聚合物太陽能電池標準器件的制備設(shè)備與制備流程兩個角度入手對聚合物太陽能電池標準器件的制作與性能優(yōu)化進行論述。聚合物太陽能電池所需要的制備設(shè)備較多,通過兩年多的實踐積累,文中給出了一套較為可靠的器件制備系統(tǒng)。電池器件的制作流程介紹包括電極、功能層、緩沖層等多層薄膜的制作,論文分析了制作工藝對器件性能的影響。此外,文中還闡述一些優(yōu)化電池性能的工藝方法。 聚合物太陽能電池的功能層光學常數(shù)參數(shù)對于薄膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計十分重要。文中提出了一種基于聚合物材料色散模型,通過透射光譜擬合確定薄膜光學常數(shù)(包括折射率與消光系數(shù))和厚度的計算方法。該種方法通過簡單的透射率擬合就可以得到比較準確的參數(shù)值,對于聚合物太陽能電池工業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)的膜厚監(jiān)控具有重要的意義。文中用該種方法還分析了不同處理工藝對器件性能的影響,并得到器件光學常數(shù)與光伏特性在優(yōu)化過程中的變化趨勢。 利用光學模擬確定結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦法制作光柵結(jié)構(gòu),制備了內(nèi)嵌陷光結(jié)構(gòu)的器件。本文以透射率擬合獲取光學常數(shù),再通過精密耦合波分析方法模擬出不同結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)下的器件吸收。最后以擬合得到的最優(yōu)參數(shù)為基礎(chǔ),以機械摩擦陽極緩沖層PEDOT:PSS作為光柵起始層,其余薄膜通過復型得到光柵結(jié)構(gòu),形成類波浪形器件結(jié)構(gòu)。器件最高性能較之前所制作標準器件提高27%。本文從掃描電鏡測試(SEM),原子力顯微鏡測試(AFM),外量子效率(IPCE)與吸收光譜等多種方式分析該種器件的形貌結(jié)構(gòu)與能量轉(zhuǎn)化性能。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 光學常數(shù) 陷光結(jié)構(gòu) 機械摩擦
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 1. 緒論12-24
• 1.1 新能源發(fā)展歷程12-13
• 1.2 太陽能電池的發(fā)展歷程13-17
• 1.2.1 太陽能簡介13
• 1.2.2 硅材料太陽能電池13-14
• 1.2.3 無機化合物半導體太陽能電池14-15
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池15
• 1.2.5 有機材料太陽能電池15-16
• 1.2.6 太陽能電池的機理16-17
• 1.3 聚合物太陽能電池簡介17-21
• 1.3.1 聚合物太陽能電池的材料17-18
• 1.3.2 聚合物太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)18-19
• 1.3.3 聚合物太陽能電池的光伏過程19-21
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容21-22
• 參考文獻22-24
• 2 標準器件制作與設(shè)備研究24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 聚合物太陽能電池的主要性能參數(shù)24-26
• 2.3 電池的制作與測試設(shè)備26-28
• 2.3.1 光刻系統(tǒng)26
• 2.3.2 基板洗清系統(tǒng)26-27
• 2.3.3 手套箱系統(tǒng)27
• 2.3.4 測試系統(tǒng)27-28
• 2.4 標準器件制作流程28-31
• 2.4.1 電極刻蝕28-29
• 2.4.2 基板清洗29
• 2.4.3 陽極緩沖層成膜29-30
• 2.4.4 功能層成膜30
• 2.4.5 金屬陰極蒸鍍30
• 2.4.6 器件封裝30-31
• 2.5 標準器件的優(yōu)化31-34
• 2.5.1 功能層成膜優(yōu)化31-34
• 2.5.2 金屬陰極蒸鍍速率優(yōu)化34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 參考文獻35-37
• 3 功能層光學常數(shù)測定與特性分析37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 薄膜光學常數(shù)測定的常用方法37-39
• 3.2.1 橢偏法37-38
• 3.2.2 棱鏡耦合法38
• 3.2.3 包絡(luò)線法38-39
• 3.3 基于透射率曲線確定功能層的光學常數(shù)和厚度39-46
• 3.3.1 基本原理39-42
• 3.3.2 樣品制備與透射率曲線測量42
• 3.3.3 測試結(jié)果與討論42-43
• 3.3.4 不同工藝對功能層光學常數(shù)影響43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 參考文獻47-49
• 4 電池入射面光柵設(shè)計與制作49-65
• 4.1 引言49
• 4.2 常用電池陷光結(jié)構(gòu)簡介49-51
• 4.2.1 減反膜49-50
• 4.2.2 減少柵線電極面積50
• 4.2.3 增加光在電池內(nèi)光程50-51
• 4.3 入射面光柵設(shè)計分析51-54
• 4.3.1 器件參數(shù)設(shè)置52
• 4.3.2 光柵參數(shù)選擇52-54
• 4.4 摩擦法制作光柵實驗54-56
• 4.4.1 實驗設(shè)備及參數(shù)54-55
• 4.4.2 實驗流程55-56
• 4.5 結(jié)果分析與討論56-62
• 4.5.1 不同摩擦強度下的器件性能56-58
• 4.5.2 器件表面形貌58-60
• 4.5.3 外量子效率與吸收光譜60-62
• 4.6 本章小結(jié)62
• 參考文獻62-65
• 5 總結(jié)與展望65-67
• 作者簡歷67
• 攻讀碩士學位期間的成果67

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