用于有機透明光伏器件背電極修飾的光子晶體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能模擬研究

【摘要】：有機透明光伏器件因其在建筑物窗玻璃、汽車擋風(fēng)玻璃、植物溫室、移動電子設(shè)備以及裝飾藝術(shù)產(chǎn)品等方面的獨特應(yīng)用受到人們的廣泛關(guān)注。由于照射到太陽能電池的太陽光是一定的,越多的太陽光被活性層材料吸收轉(zhuǎn)化成電能意味著透過電池的太陽光則會減少,反之亦然。如何使器件在保證充足光吸收效率的同時對太陽光還能有充分的光透射,是設(shè)計有機透明太陽能電池結(jié)構(gòu)要解決的核心問題。解決這一矛盾的基本思路是通過對器件吸收和透射波段進行調(diào)控,使電池吸收更多的紅外和紫外光用來發(fā)電,以確保器件有足夠高的光電轉(zhuǎn)化效率,同時盡可能少地吸收可見光以保證器件可見光的透射率。本文基于透射可見光吸收紅外光的基本思想,設(shè)計出兩種制作工藝簡單、綜合性能良好的光子晶體用來修飾有機透明太陽能電池的背電極,實現(xiàn)了器件對太陽光的選擇性吸收和透射。具體內(nèi)容如下:1、設(shè)計了由兩個周期的Si和SiO2組成的光子晶體來修飾結(jié)構(gòu)為ITO/MoO3/PDTP-DFBT:PCBM/TiO2/ITO的透明電池背電極。計算結(jié)果顯示器件在450~500nm以及700~900nm兩個波段吸收顯著增強,同時保證了450~700nm范圍內(nèi)的透射。器件的短路電流密度達到17.25 mA/cm2,相比于無光子晶體修飾的器件提高了36.5%。2、設(shè)計了由不同厚度的TiO2和LiF組成的多周期串聯(lián)光子晶體,用于ITO/PEDOT:PSS/PDTP-DFBT:PCBM/Ag電池的背電極修飾,所設(shè)計的器件對可見光的透射率和近紅外光吸收率選擇性增強,平均透射率達到40.3%,并且對于植物生長提供高品質(zhì)的透射譜,短路電流也有提高。通過計算電場分布,分析得到串聯(lián)光子晶體分波段選擇性增強的原因在于400~700nm激發(fā)的光學(xué)塔姆態(tài)效應(yīng)。 【關(guān)鍵詞】：有機透明光伏 光子晶體 光學(xué)塔姆態(tài) 溫室
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 主要符號說明10-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 引言12-13
• 1.2 有機太陽能電池概述13-19
• 1.2.1 有機太陽能電池發(fā)展13-14
• 1.2.2 有機太陽能電池幾種典型結(jié)構(gòu)14-15
• 1.2.3 有機太陽能電池工作原理及其性能參數(shù)15-18
• 1.2.4 有機透明太陽能電池概述18-19
• 1.3 透明薄膜太陽能電池光電管理技術(shù)概述19-25
• 1.3.1 透明電極的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3.2 活性層材料的合成22
• 1.3.3 表面等離子體光調(diào)控22-24
• 1.3.4 光子晶體的光調(diào)控24-25
• 1.4 本文的研究意義及主要內(nèi)容25-28
• 第二章 基礎(chǔ)理論與算法驗證28-36
• 2.1 引言28
• 2.2 DBR簡介28-30
• 2.3 OTS簡介30-32
• 2.3.1 金屬與光子晶體的界面處的OTS的激發(fā)31-32
• 2.3.2 不同的PC界面處的OTS的激發(fā)32
• 2.4 算法及其正確性驗證32-36
• 2.4.1 計算方法簡介32-33
• 2.4.2 二維結(jié)構(gòu)計算方法驗證33-34
• 2.4.3 三維結(jié)構(gòu)計算方法驗證34-36
• 第三章 單節(jié)PC修飾背電極的TOPV設(shè)計36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 算法與模型建立36-37
• 3.3 器件結(jié)構(gòu)設(shè)計37-42
• 3.3.1 光子晶體層材料選擇37-40
• 3.3.2 光子晶體層厚度的優(yōu)化40-42
• 3.3.3 疊放次序的討論42
• 3.4 電池的性能42-46
• 3.4.1 器件的光透射、吸收性能42-43
• 3.4.2 入射角度對器件性能的影響43-44
• 3.4.3 器件色度44-46
• 第四章 串聯(lián)PC修飾背電極TOPV的設(shè)計46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 器件結(jié)構(gòu)設(shè)計46-50
• 4.2.1 基本結(jié)構(gòu)46-47
• 4.2.2 底層光子晶體的設(shè)計47-48
• 4.2.3 內(nèi)嵌層的設(shè)計48-50
• 4.3 電池的性能50-55
• 4.3.1 器件的光透射、吸收性能50-53
• 4.3.2 入射角對電池光吸收和透射性能的影響53-54
• 4.3.3 器件的色度54-55
• 4.4 機理分析55-58
• 第五章 總結(jié)與展望58-60
• 創(chuàng)新點60-62
• 參考文獻62-68
• 致謝68-70
• 碩士階段科研成果70

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