氧化鋅有機(jī)聚合物光伏電池的設(shè)計(jì)研究

【摘要】：隨著全球能源問題日益嚴(yán)峻，太陽能作為一種重要的清潔能源得到了越來越多的關(guān)注。無機(jī)半導(dǎo)體光伏電池由于技術(shù)成熟、轉(zhuǎn)換效率高，占據(jù)了光伏市場的主要地位。但是由于其生產(chǎn)成本居高不下，限制了它的廣泛應(yīng)用。新一代的有機(jī)聚合物光伏電池具有成本低、柔韌性好、制作工藝簡單、可大面積制備的特點(diǎn)，因此有機(jī)光伏電池得到了廣泛的關(guān)注。有機(jī)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低，這成為限制其廣泛應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。如何提高有機(jī)光伏電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。 本文對有機(jī)光伏效應(yīng)的原理和光伏電池的主要性能參數(shù)作了詳細(xì)的介紹，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種典型的給體-受體型異質(zhì)結(jié)聚合物光伏電池。根據(jù)有機(jī)光伏效應(yīng)的原理，以薄膜中的光學(xué)干涉效應(yīng)和擴(kuò)散理論為基礎(chǔ)，模擬了限制光伏效率的光吸收和激子擴(kuò)散兩個主要過程，將聚合物光伏電池中光敏層厚度與激子濃度分布、光電流和外部量子效率之間建立函數(shù)關(guān)系。然后通過對仿真結(jié)果的分析，得到了不同的薄膜厚度和激子擴(kuò)散長度對光伏電池的光電流和外部量子效率的影響。激子擴(kuò)散長度越長，產(chǎn)生的光電流越大，并且可以通過優(yōu)化薄膜厚度使光電流達(dá)到最大值。 ZnO是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其優(yōu)異的光電特性，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用?；赯nO材料的性質(zhì)和研究成果，將ZnO材料引入到有機(jī)聚合物光伏電池結(jié)構(gòu)中。設(shè)計(jì)了兩種含ZnO的聚合物光伏電池結(jié)構(gòu)，根據(jù)電荷傳輸理論建立了電荷傳輸?shù)哪Ｐ停⒔⒘斯夥姵氐牡刃щ娐?。然后針對建立的模型進(jìn)行仿真模擬。根據(jù)仿真的結(jié)果可以看出，加入ZnO后光伏電池的性能得到了較大的提高。最后對于ZnO在光伏電池中的作用進(jìn)行了分析，為提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率提供了一個重要的途徑。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)聚合物光伏電池 有機(jī)光伏效應(yīng) 給體-受體型異質(zhì)結(jié) 氧化鋅 轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 選題的背景和意義10-11
• 1.2 有機(jī)光伏電池的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 有機(jī)光伏電池的發(fā)展瓶頸12-13
• 1.4 氧化鋅的特性及其在有機(jī)光伏電池中的應(yīng)用13-14
• 1.4.1 ZnO 的基本特性13
• 1.4.2 ZnO 薄膜的應(yīng)用13-14
• 1.4.3 納米結(jié)構(gòu) ZnO 的基本性質(zhì)14
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 光伏電池的基本原理16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 光伏效應(yīng)16-18
• 2.2.1 半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)及其光吸收16-17
• 2.2.2 PN 結(jié)的光伏效應(yīng)17-18
• 2.3 有機(jī)光伏電池的工作原理及分類18-21
• 2.4 主要性能參數(shù)指標(biāo)21-24
• 2.4.1 電流電壓特性21-23
• 2.4.2 填充因子 FF(Fill Factor)23
• 2.4.3 光電轉(zhuǎn)換效率23
• 2.4.4 光譜響應(yīng)特性23-24
• 2.5 提高有機(jī)光伏電池轉(zhuǎn)換效率的方法24-27
• 2.5.1 改善有機(jī)活性層的形貌24-25
• 2.5.2 對活性層與電極的界面進(jìn)行改善25-26
• 2.5.3 對受體材料進(jìn)行合理的選擇26-27
• 2.5.4 加入光學(xué)間隔層27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 第3章 有機(jī)光伏電池的理論分析與仿真28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)光伏電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-29
• 3.3 理論模型的建立29-35
• 3.3.1 光伏電池中光場的分布30-32
• 3.3.2 激子的產(chǎn)生和傳輸32-35
• 3.4 模擬結(jié)果與分析35-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第4章 ZnO 有機(jī)光伏電池的設(shè)計(jì)與特性分析42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 氧化鋅的納米結(jié)構(gòu)42-44
• 4.2.1 ZnO 薄膜的性質(zhì)與制備42-43
• 4.2.2 ZnO 一維納米結(jié)構(gòu)的性質(zhì)與制備43-44
• 4.2.3 ZnO 在光伏電池中的應(yīng)用研究44
• 4.3 氧化鋅有機(jī)光伏電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)44-45
• 4.3.1 含 ZnO 薄膜層的有機(jī)光伏電池結(jié)構(gòu)44-45
• 4.3.2 含雙層 ZnO 結(jié)構(gòu)的有機(jī)光伏電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)45
• 4.4 電荷傳輸?shù)睦碚撃Ｐ?/span>45-50
• 4.5 有機(jī)光伏電池的伏安特性分析50-52
• 4.5.1 有機(jī)光伏電池等效電路51-52
• 4.5.2 短路電流J sc52
• 4.5.3 開路電壓V oc52
• 4.6 仿真結(jié)果與分析52-55
• 4.7 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果64-65
• 致謝65-66
• 作者簡介66

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