有机太阳能电池中掺入包覆型金纳米棒的优化研究

【摘要】：随着传统化石能源的日渐枯竭,我们急需发展和利用新兴能源,这其中太阳能的开发和利用受到人们的广泛重视。有机太阳能电池有许多的优点,其材料来源广泛、价格低廉、制备的工艺简单,并且可以卷对卷加工。可是目前有机太阳能电池的能量转换效率普遍很低,阻碍其产业化进程。如何进一步提高电池的效率是大量科学实验研究的重点。贵金属纳米颗粒可以激发局域表面等离子共振效应,将其应用于有机太阳能电池中可以在不改变活性层厚度的条件下改善活性层的光吸收。本论文以基于PTB7:PC70BM这一新型活性层材料的有机太阳能电池为研究对象,在不同位置处掺入了不同包覆类型的金纳米棒,优化研究了包覆型金纳米棒的引入对有机太阳能电池性能的影响。通过将PEG包覆的金纳米棒掺入到器件的活性层来观察将金纳米棒的植入对其性能的影响。通过将Si O2包覆的金纳米棒掺入到器件活性层与缓冲层的界面来提高有机太阳能电池的光电转换效率。具体包括:1.通过对金纳米棒表面进行PEG的包覆修饰,使原本只具有水溶性的金纳米棒可溶于有机溶剂。然后将其掺入到正置有机太阳能电池的活性层PTB7:PC70BM中,并优化掺入活性层中金纳米棒的浓度。结果表明,掺入颗粒后器件的短路电流有较大提升,使得最终优化器件的能量转换效率较标准器件提高了10.5%。2.将Si O2包覆的金纳米棒引入到倒置结构有机太阳能电池的阴极修饰层Zn O和活性层PTB7:PC70BM之间。金纳米棒可以增强倒置结构有机太阳能电池对光的吸收作用,同时表面的二氧化硅层能有效地阻止电荷在金纳米棒表面的复合以减少激子的猝灭。研究发现,引入适当浓度的包覆Si O2金纳米棒,器件的短路电流有一定地提高,其余的性能参数基本不变,PCE较标准器件提高了7.7%。最后,我们对本工作做出总结,并提出了未来可能的研究方向。 【关键词】：有机太阳能电池 包覆型金纳米棒 局域表面等离子体共振 倒置有机太阳能电池
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 主要符号说明9-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 有机太阳能电池概述11-18
• 1.1.1 有机太阳能电池的发展历史及研究概况11-12
• 1.1.2 有机太阳能电池的工作原理12-14
• 1.1.3 有机太阳能电池的器件结构14-16
• 1.1.4 有机太阳能电池的性能参数16-18
• 1.2 表面等离子共振及其在有机太阳能电池中的应用18-20
• 1.2.1 表面等离子共振的基本特性18-19
• 1.2.2 表面等离子共振在有机太阳能电池中的应用19-20
• 1.3 本论文的研究内容及意义20-22
• 第二章 包覆型金纳米棒的制备与表征22-34
• 2.1 金纳米棒的合成和表征22-28
• 2.1.1 实验材料和仪器设备22-23
• 2.1.2 测试与表征方法23-25
• 2.1.3 金纳米棒溶液的合成和表征25-28
• 2.2 金纳米棒的PEG包覆28-31
• 2.2.1 PEG包覆的金纳米棒的制备28-29
• 2.2.2 PEG包覆的金纳米棒的表征分析29-31
• 2.3 金纳米棒的SiO_2包覆31-33
• 2.3.1 SiO_2包覆金纳米棒的制备31
• 2.3.2 SiO_2包覆金纳米棒的表征分析31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 Au NRs@PEG在正置有机太阳能电池中的应用与优化研究34-44
• 3.1 基于PTB7:PC_(70)BM正置标准有机太阳能电池的制备34-38
• 3.1.1 实验材料和仪器设备34-35
• 3.1.2 标准正置有机太阳能电池制备流程35-38
• 3.2 Au NRs@PEG掺入正置有机太阳能电池的优化研究38-42
• 3.2.1 Au NRs@PEG掺入正置有机太阳能电池的制备38-39
• 3.2.2 器件性能表征与分析39-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 Au NRs@SiO_2在倒置有机太阳能电池中的应用与优化研究44-56
• 4.1 基于PTB7:PC_(70)BM倒置标准有机太阳能电池的制备44-47
• 4.1.1 倒置标准有机太阳能电池的结构设计44-45
• 4.1.2 ZnO纳米颗粒的制备与表征45-46
• 4.1.3 标准倒置结构有机太阳能电池的制备流程46-47
• 4.2 Au NRs@SiO_2掺入倒置有机太阳能电池的优化研究47-54
• 4.2.1 Au NRs@SiO_2掺入倒置有机太阳能电池的制备48-50
• 4.2.2 器件性能表征与分析50-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 总结和展望56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 硕士期间研究成果66

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