首页 > 学术论文

本体异质结有机太阳能电池的数值模拟

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:01:06
热度:

本体异质结有机太阳能电池的数值模拟【摘要】:太阳能电池是太阳能利用的最为重要的手段之一,有机太阳能电池是目前该领域的研究热点之一,因为它具有原料成本低廉且易修饰、制作工艺简单、可制

【摘要】:太阳能电池是太阳能利用的最为重要的手段之一,有机太阳能电池是目前该领域的研究热点之一,因为它具有原料成本低廉且易修饰、制作工艺简单、可制成大面积的柔性器件等优点。自从它诞生以来,人们就通过实验和理论研究途径来提高其光电转换效率。本文以较完善的无机半导体理论、成对复合理论为基础,根据Koster等人建立的数值模型,具体分析了数值处理过程,模拟了基于P3HT"PCBM的本体异质结有机太阳能电池的J-V特性,以及短路和开路情况下,器件内部参数的分布情况,探讨了激子的产生速率、带隙宽度、活性层厚度和温度对短路电流密度、开路电压的影响,研究结果表明: (1)室温下,理想的P3HT:PCBM本体异质结有机太阳能电池的短路电流密度的大小为58.36A/m2,开路电压为0.512V。在短路情况下,内部的电场强度高,激子的分离概率较高(约50%),载流子的浓度较低,导致载流子的复合率较低,此时激子的分离概率是影响能量转换效率的主要因素。在开路情况下,内部的电场较小,激子的分离概率较低(约32%),载流子的浓度较高,导致载流子的复合率较高。 (2)激子的产生速率在3.0×1027口12.0×1027m-3s-1范围内变化,短路电流密度的大小和开路电压均随着激子产生速率增大而增大,相对而言激子产生速率对短路电流密度的影响更显著;带隙宽度在1.0-1.60eV内变化,短路电流密度的大小随着带隙宽度增大而增大,开路电压也线性增大,且开路电压与带隙宽度之间相差0.49;活性层厚度在80~200nm范围内变化,短路电流密度的大小随着活性层厚度的增大呈先增大后减小的趋势,在160nm附近有最大值,而开路电压随着活性层厚度的增加而减小;温度在280~330K内变化,短路电流密度的大小会随着温度升高而增大,而开路电压随着温度增加而减小,温度在240~400K内变化时,温度每升高1K,开路电压下降约0.65mV。 (3)各因素对短路电流密度、开路电压的影响关系可以用不同的方法找出:用短路时的程序直接模拟出短路电流密度的变化,用“试探值法”找出开路电压的变化,另外可以通过模拟J-V特性的变化来找出短路电流密度和开路电压的变化。不同方法得到的结果一致,但有各自的优缺点。 【关键词】:本体异质结有机太阳能电池 短路电流密度 开路电压 数值模拟
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-7
  • 目录7-10
  • 1 绪论10-26
  • 1.1 有机太阳能电池简介11-15
  • 1.1.1 有机太阳能电池的研究进展11-12
  • 1.1.2 有机太阳能电池的工作原理12-13
  • 1.1.3 提高有机太阳能电池效率的途径13-15
  • 1.2 有机太阳能电池材料15-18
  • 1.2.1 给体材料15-17
  • 1.2.2 受体材料17
  • 1.2.3 分子D-A结材料17-18
  • 1.2.4 电极材料18
  • 1.3 有机太阳能电池的结构类型18-21
  • 1.3.1 单层结构18-19
  • 1.3.2 双层异质结结构19-20
  • 1.3.3 本体异质结结构20
  • 1.3.4 叠层结构20-21
  • 1.4 有机太阳能电池的主要性能参数21-23
  • 1.4.1 开路电压V_(oc)21
  • 1.4.2 短路电流I_(sc)21-22
  • 1.4.3 填充因子FF22
  • 1.4.4 光电转换效率η22
  • 1.4.5 有机太阳能电池的温度特性22-23
  • 1.5 有机太阳能电池的理论研究23-24
  • 1.5.1 理论研究的必要性23
  • 1.5.2 有机太阳能电池的理论研究进展23-24
  • 1.6 本论文的研究内容和结构24-26
  • 2 理论模型与模拟方法26-38
  • 2.1 本体异质结有机太阳能电池模型的建立26-30
  • 2.1.1 基本公式27-28
  • 2.1.2 自由载流子的产生与复合28-30
  • 2.2 数值处理方法30-38
  • 2.2.1 连续方程离散化处理30-32
  • 2.2.2 非线性方程线性化处理32-38
  • 3 P3HT:PCBM本体异质结有机太阳能电池的数值分析38-45
  • 3.1 P3HT:PCBM本体异质结有机太阳能电池的J-V特性39-40
  • 3.2 器件短路时的内部参数分布40-42
  • 3.3 器件开路时的内部参数分布42-44
  • 3.4 本章小结44-45
  • 4 本体异质结有机太阳能电池短路电流密度的数值研究45-53
  • 4.1 激子产生速率G对短路电流密度J_(sc)的影响45-47
  • 4.2 带隙宽度E_(gap)对短路电流密度J_(sc)的影响47-48
  • 4.3 活性层厚度L对短路电流密度J_(sc)的影响48-50
  • 4.4 温度T对短路电流密度J_(sc)的影响50-51
  • 4.5 优化器件参数后的短路情况51-52
  • 4.6 本章小结52-53
  • 5 本体异质结有机太阳能电池开路电压的数值研究53-59
  • 5.1 激子产生速率G对开路电压V_(oc)的影响53-54
  • 5.2 带隙宽度E_(gap)对开路电压V_(oc)的影响54-56
  • 5.3 活性层厚度L对开路电压V_(oc)的影响56
  • 5.4 温度T对开路电压V_(oc)的影响56-58
  • 5.5 本章小结58-59
  • 6 本体异质结有机太阳能电池J-V特性的研究59-64
  • 6.1 激子产生速率G对J-V特性的影响59-60
  • 6.2 带隙宽度E_(gap)对J-V特性的影响60-61
  • 6.3 活性层厚度L对J-V特性的影响61-62
  • 6.4 温度T对J-V特性的影响62
  • 6.5 本章小结62-64
  • 7 结论64-66
  • 参考文献66-72
  • 个人简历与论文发表情况72-73
  • 致谢73


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

太阳能电池研究的新进展    倪萌,M K Leung,K Sumathy

有机体异质结太阳能电池的数值分析    邢宏伟;彭应全;杨青森;马朝柱;汪润生;李训栓;

对太阳能电池研究进展的探究    寿莎;黄仕华;

溶胶-凝胶法制备太阳能薄膜的研究及展望    马芳;马洪芳;王艺涵;丁严广;

太阳能电池在飞艇上的应用研究进展    鄢红陵;张秋禹;张力;张军平;尹常杰;

太阳能光伏发电技术现状及其发展    赵晶;赵争鸣;周德佳;

多晶硅表面织构化新工艺的研究    王应民;程泽秀;李清华;江龙迎;刘琪;

电絮凝法去除新农村微污染水体中磷的研究    李俊聪;黄尚雄;吴东亮;贺艳玲;陈明婕;张顺喜;

采用PLC的太阳能电池板自动跟踪控制    施凤鸣;杨冠鲁;

有机太阳能电池结构研究进展    张剑;杨秀程;冯晓东;

有机层/阴极界面修饰对体异质结聚合物太阳能电池性能的影响    张永志;李福山;吴朝兴;蔡寿金;郭太良;

基底温度对喷涂技术制备大面积有机太阳能电池性能的影响    胡雪花;李福山;吴朝兴;郭太良;

纳米微结构在有机和杂化太阳能电池中的应用    田金鹏;吴明晓;刘彭义;

有机基太阳能电池中有序结构材料及其界面和性能    杨志胜

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

热丝CVD法制备硅基薄膜材料及相关太阳电池模拟研究    黄海宾

无线传感器网络激光主动供能关键技术研究    王宁

有机太阳能电池电学模型与数值研究    马朝柱

纳米ZnO基有机/无机复合光伏器件研究    王丽丹

有机复合膜与传感器的室温气敏性研究    马兴法

聚合物能带的调控及其在光伏器件中的应用    张庆辉

基于二氧化钛与聚苯胺太阳能电池的研究    刘自然

低能质子和电子辐照GaAs/Ge太阳电池性能演化及损伤机理    赵慧杰

染料敏化太阳能电池电极改性研究    石德晖

有机小分子太阳电池阴极修饰的研究    李方馨

太阳能电池用上转换荧光粉的制备与性能表征    雷亮

基于噪声的太阳能电池检测方法    彭丽娟

NiO_x/a-Si/ZnO太阳能电池研究    张国宏

器件结构和后期处理对小分子太阳电池性能的影响研究    吴甲奇

基于DSP的光伏并网逆变器的开发研究    王宏伟

光伏发电最大功率跟踪控制系统研究    刘立刚

单晶硅太阳电池扩散工艺、背面刻蚀及铝背场工艺的研究    杨超

基于复合信息融合技术的光伏阵列故障诊断研究    钟丹

新型C_(60)衍生物的合成及其太阳能电池性能    郑立平,周清梅,王飞,邓先宇,俞刚,曹镛,宁滨,郭志新

硅太阳电池材料的研究进展    王晓晶,班群,沈辉

加拿大国家研究理事会研究开发有机太阳能电池    

加拿大国家研究理事会研究开发有机太阳能电池    

有机太阳能电池效率提高至6.5%    

有机太阳能电池研究进展    林鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王丽

有机太阳能电池技术及市场展望    庄陶钧;刘亚东;

有机太阳能电池的工作原理及研究进展    张福俊;

有机太阳能电池理论转换效率接近100%    叶子;

综研化学和神户大学开发出p型半导体P3HT的新合成法,可用于有机太阳能电池    郑冬冬;

德国有机太阳能电池转化效率破世界记录    

德国有机太阳能电池转化效率破世界记录    

可溶性小分子有机太阳能电池    范斌;田清勇;白华;

基于碳纳米管纤维的有机太阳能电池    陈涛;仰志斌;彭慧胜;

基于取向碳纳米管膜的柔性有机太阳能电池    仰志斌;陈涛;何瑞旋;彭慧胜;

柔性及叠层薄膜有机太阳能电池研究    马廷丽;

各向同性/异性的苯并二噻吩类有机共轭小分子光物理性质理论研究    雍雪;张景萍;

采用PEO为阴极修饰层提高有机太阳能电池的稳定性    田慧;徐昊;杨利营;印寿根;

D-A型单分散共轭液晶齐聚物及其组装结构    耿延候;卜腊菊;曲建飞;谢志元;闫东航;王佛松;

Rubrene/C_(60)结有机太阳能电池的阳极改性及偏压处理研究    吴冰;刘彭义;李艳武;常鹏;

9-(二辛基甲基)-2,7-咔唑-alt-5,7-(二噻吩-2基)-2,3-二苯基噻吩并[3,4-b]吡嗪共聚衍生物的合成及其光伏性能研究    李健民;谭华;聂凯旋;黄颖;王亚飞;邓先平;姜鹏程;刘煜;朱卫国;

有机太阳能电池ITO电极的光刻制备法及其研究    席曦;王振交;杨辉;乔琦;季静佳;陆红艳;李果华;

美评估有机太阳能电池对环境的影响    记者 毛黎

美国研发可拉伸有机太阳能电池    蔡佳

德支持企业开发有机太阳能电池    记者 顾钢

有机太阳能电池既可自组装又能自我修复    刘霞

叠层型有机太阳能电池接近商用    记者 邰举

触摸未来电子生活    张德强 高裕弟 刘嵩

光能转换为电能的光电塑料技术    

已在发电效率上取得重要进展    记者 冯海波 通讯员 龚华萍

2007年世界科技发展回顾(七)    本版编辑张浩 郑晓春 邓国庆 毛黎 何屹 顾钢 何永晋

世界各国加快太阳能应用    刘林森

有机太阳能电池电学模型与数值研究    马朝柱

有机太阳能电池中的光物理过程研究    陈向东

有机太阳能电池的电荷转移态等效电路和多重电荷分离界面研究    黄江

基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征    乔芬

基于卟啉的小分子和聚合物的合成及其光伏性能研究    黄玉英

可溶液加工的给受体型有机小分子材料的设计合成及光伏性能    李慧

聚合物太阳能电池机理及实验研究    李卫民

有机聚合物体异质结太阳能电池:分子结构,表面形貌与新型器件结构    周印华

电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池    于伟利

新型结构异质结太阳能电池的研究    沈亮

本体异质结有机太阳能电池的数值模拟    刘伟

有机太阳能电池的界面修饰和电荷转移激子的研究    官志强

基于酞菁类金属配合物的有机太阳能电池研究    杨汀

有机太阳能电池中电极修饰的研究    史绍华

聚合物和小分子有机太阳能电池的制备和表征    闫鹏

基于传输矩阵法的有机太阳能电池的光学计算研究    曹婧

基于三元体系混合物有机太阳能电池的研究    范学东

利用纳米材料的光学特性提高有机太阳能电池效率的研究    乔琳芳

体异质结有机太阳能电池光电性能的研究    刘峰

可溶液加工的石墨烯在有机太阳能电池中的应用    刘朝阳