金屬電極聚合物太陽能電池的研究

【摘要】：太陽能電池產(chǎn)生至今，其所產(chǎn)生的影響一次又一次的超出了人們的預(yù)料，太陽能電池的研究早已經(jīng)不再局限于學術(shù)界的范疇了，在未來的發(fā)展中，高效太陽能電池一定可以發(fā)展成為一種舉足輕重的產(chǎn)業(yè)，大幅度地改善人類生存的質(zhì)量，深刻地影響人類的未來。目前進入到人類生活中的太陽能電池所用的加工材料主要是硅，但是由于硅本身的造價比較高，所以大幅度降低硅太陽能電池的成本非常困難，與硅太陽能電池相比有機太陽能電池具有制造面積大、廉價、簡易、柔性等優(yōu)點，因此是頗有希望的電池，雖然有機太陽能電池本身存在很多優(yōu)點，但是有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率還比較低，影響其轉(zhuǎn)化效率的因素主要包括光生激子的幾率，激子分離幾率，載流子收集能力等因素。 在有機太陽能電池中，主要采用ITO作為陽極，因為其透光率高的特點得到了普遍應(yīng)用，但是在電池結(jié)構(gòu)中一般采用PEDOT作為空穴傳輸層，PEDOT本身具有一定酸性，會腐蝕ITO，對于器件性能方面有一定副影響。因此我們的工作思路是采用金屬電極替代原有的ITO電極作為陽極，通過對銀薄膜厚度等參數(shù)的優(yōu)化，基于金屬陽極的有機太陽電池的效率可以和以ITO為陽極的器件相比擬。 我們采用金屬鍍膜機制備五種不同厚度的Ag薄膜，分別為12nm、14nm、16nm、18nm、30nm。對五種不同厚度的Ag薄膜進行透射、導(dǎo)電性能、以及原子力掃描等測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)透射性隨著厚度增加而降低，導(dǎo)電性隨著厚度增加而更佳，薄膜表面的粗糙度隨著薄膜厚度增加而增大，同時制備了完整的電池器件：Ag/PEDOT:PSS(35nm)/P3HT:PCBM(120nm)/Ca(3nm)/Ag(80nm)，結(jié)果顯示當金屬Ag的厚度為16nm的時候器件的效率最佳，達到3.6%。 我們對表面等離子增強太陽電池的吸收進行了初步研究。我們采用納秒激光器產(chǎn)生的紫外激光作為光源，搭建了雙光束干涉光路，在有源層燒蝕出不同周期的光柵結(jié)構(gòu)。制作四種不同結(jié)構(gòu)器件進行吸收測試Glass/Ag（50nm）、Glass/P3HT:PCBM(90nm)、Glass/P3HT:PCBM(90nm)/Ag（50nm)、Glass/P3HT:PCBM/Grating/Ag（50nm），對有無光柵結(jié)構(gòu)的器件進行對比，發(fā)現(xiàn)含有光柵結(jié)構(gòu)的器件吸收得到增強并觀察到表面等離子體共振吸收峰。對含有不同周期光柵結(jié)構(gòu)的器件進行對比，表明隨著光柵周期的減小，等離子體共振吸收峰峰位發(fā)生藍移。以上結(jié)果顯示，在器件結(jié)構(gòu)中引入適當周期的光柵，通過表面等離子增強吸收效應(yīng)，可能顯著提高太陽電池器件的效率。 【關(guān)鍵詞】：有機聚合物太陽能電池 平板器件 光柵 表面等離子體
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 綜述10-20
• 1.1 太陽能電池簡介10-14
• 1.2 太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀14-18
• 1.3 本論文工作18-20
• 第2章 太陽能電池的物理基礎(chǔ)和基本原理20-39
• 2.1 光與半導(dǎo)體的相互作用20-26
• 2.1.1 半導(dǎo)體中的光吸收21-23
• 2.1.2 半導(dǎo)體中的復(fù)合過程23-25
• 2.1.3 半導(dǎo)體中的電流傳輸25-26
• 2.2 太陽的常數(shù)26-28
• 2.3 太陽能電池的基本原理28-36
• 2.4 太陽電池特性測量的基本方法36
• 2.5 四種典型的太陽能電池結(jié)構(gòu)36-39
• 第3章 Ag電極平板器件探究39-58
• 3.1 溶液的制備以及ITO刻蝕、銀電極制備39-40
• 3.2 P3HT:PCBM的濃度優(yōu)化40-42
• 3.3 對于平板器件性能的摸索42-52
• 3.3.1 采用Ag薄膜作為陽極的平板器件的性能探索42-44
• 3.3.2 采用ITO作為陽極的平板器件的性能探索44-52
• 3.4 光柵結(jié)構(gòu)器件探究52-57
• 3.4.1 干涉光路的搭建52-53
• 3.4.2 一維光柵的制備53-55
• 3.4.3 表面等離子體共振吸收測試55-57
• 3.5 小結(jié)57-58
• 第4章 結(jié)論58-59
• 參考文獻59-63
• 作者簡介及在學期間所取得的科研成果63-64
• 致謝64

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