银纳米结构对聚合物太阳能电池性能影响的研究

【摘要】：聚合物太阳能电池是一种环境友好型的薄膜电池，不仅制备材料来源广泛，同时制作成本也较低。但是，相对于硅基太阳能电池，聚合物太阳能电池较低的光电效率是影响其商用化的主要障碍。为此，提高聚合物太阳能电池的光电效率成为了近年业界研究的热点。 聚合物太阳能电池光电效率偏低的原因主要是，电池的光吸收能力不强，同时活性层中激子和载流子的迁移率较低。所以本文在聚合物太阳能电池中引入Ag纳米结构来提高聚合物太阳能电池器件的光电效率。 本文将四种不同厚度的Ag纳米结构引入到聚合物太阳能电池的不同层次中，进行了共计三组对照试验，并且进行了表征。首先，制备了结构为ITO/PTFE/Ag NPs(x=0,1,2,3,4nm)/PCDTBT:PCBM/LiF/Al的电池器件。器件的光电性能最好时，短路电流密度(Jsc)是10.58mA/cm2,比对照试验器件的7.92mA/cm2增加了33.6%；能量转换效率(PCE)是3.15%，比对照试验器件的2.25%增加了40%；其次，制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/Ag NPs(x=0,1,2,3,4nm)/PCDTBT:PCBM/LiF/Al的电池器件，器件的光电性能最好时，短路电流密度从9.53mA/cm2增加到11.30mA/cm2，增长了18.6%；能量转换效率从3.51%增加到4.16%，增长了18.5%；最后，制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/PCDTBT:PCBM/Ag NPs(x=0,1,2,3,4nm)/LiF/Al的电池器件。器件的光电性能最好时，短路电流密度是11.53mA/cm2,比对照试验器件的9.53mA/cm2增加了20.9%；能量转换效率是4.25%，比对照试验器件的3.51%增加了21.1%。 在聚合物太阳能电池中引入Ag纳米结构，Ag纳米粒子不仅能够散射光线来增加光线在电池器件活性层中的光程，而且还能被光线激发产生局域表面等离子体共振(LSPR)效应，利用横向传导的表面等离子体波，有效的使光线集中在纳米粒子的局域场中，从而增强聚合物电池器件的光吸收能力，提高电池器件整体的光电效率。 【关键词】：聚合物太阳能电池 Ag纳米粒子 表面等离子体
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第1章 绪论7-25
• 1.1 引言7-9
• 1.2 有机太阳能电池概述9-14
• 1.3 有机太阳能电池分类14-16
• 1.4 有机太阳能电池材料16-20
• 1.5 有机太阳能电池的湿法加工技术20-24
• 1.6 本文的论述结构24-25
• 第2章 金属纳米结构的理论模型和表征仪器25-33
• 2.1 引言25-27
• 2.2 纳米金属粒子的表面等离子体理论27-28
• 2.3 金属纳米颗粒增强光吸收的理论模型28-30
• 2.4 金属纳米粒子的制备方法30-32
• 2.5 金属纳米结构的形貌表征32-33
• 第3章 Ag 纳米结构对基于 PTFE 聚合物太阳能电池性能的影响33-45
• 3.1 Ag 纳米结构的制备和表征33-36
• 3.2 Ag 纳米结构对聚合物太阳能电池的影响36-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第4章 Ag 纳米结构对基于 PEDOT 聚合物太阳能电池性能的影响45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 实验材料和设备45-46
• 4.3 阳极缓冲层与活性层之间的 Ag 纳米结构对电池器件的影响46-53
• 4.4 阴极缓冲层与活性层之间的 Ag 纳米结构对电池器件的影响53-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第5章 总结与展望61-63
• 5.1 工作总结61-62
• 5.2 工作展望62-63
• 参考文献63-70
• 作者简介70-71
• 致谢71

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