银纳米颗粒对聚合物太阳能电池性能影响的研究

【摘要】：聚合物太阳能电池具有材料来源广泛且价格低廉、生产工艺相对简单、可以大面积制造等优点,同时制备聚合物太阳能电池的手段日益成熟,这使得聚合物太阳能电池成为目前该领域的研究热点之一。然而,聚合物太阳能电池的能量转换效率较低,很难达到工业生产的程度,主要原因就在于聚合物太阳能电池的活性层较薄,一般就只有几十纳米,很难有效地吸收入射光,限制了其能量转换效率的提高。 将金属纳米颗粒掺入到聚合物太阳能电池中,利用其激发的表面等离激元效应,可以增强器件对入射光的吸收,改善其性能。本文就是基于这一理论,在P3HT:PCBM体系的聚合物太阳能电池中,引入银纳米颗粒,研究其对聚合物太阳能电池性能的影响。主要结论如下： 1.将粒径为50nm的银纳米颗粒掺入到PEDOT:PSS中,得到不同的质量百分比,并与其一起旋涂作为器件的阳极修饰层。当银纳米颗粒的质量百分比为0.1%,器件的性能最优,短路电流达到6.72mA/cm2,能量转换效率达到1.71%。另外,吸收光谱和外量子效率的研究表明,掺入银纳米颗粒以后,器件对入射光的吸收增加。 2.将粒径分别为4nm、10nm和20nm的银纳米颗粒掺入到P3HT和PCBM的混合溶液中,质量百分比都为0.1%,一起旋涂,作为器件的活性层。实验中发现,不同粒径的银纳米颗粒对有机太阳能电池的影响是不同的。随着粒径的增大,其对器件影响的程度增大,当银纳米颗粒的粒径是20nm时,器件的性能最优,短路电流达到6.55mA/cm2。 3.为了更深入地研究银纳米颗粒对有机太阳能电池的影响,我们将银纳米颗粒掺入到器件中的不同位置,设计出不同结构的聚合物太阳能电池。结果发现：当银纳米颗粒与聚合物太阳能电池的活性层充分接触,而又不破坏其形貌的情况下,能够有效地改善有机太阳能电池的性能。 【关键词】：聚合物太阳能电池 质量百分比 银纳米颗粒 粒径 器件结构
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有机太阳能的机理12-19
• 1.2.1 有机太阳电池的工作原理及损耗机制12-14
• 1.2.2 有机太阳电池的光伏特性及性能参数14-16
• 1.2.3 有机太阳能电池主要结构16-19
• 1.3 有机太阳能电池的研究进展19-20
• 1.4 有机太阳能电池存在的问题20-22
• 第二章 表面等离激元22-26
• 2.1 表面等离激元的简介22
• 2.2 表面等离激元在太阳能电池领域的应用22-24
• 2.3 表面等离激元在太阳能电池领域的研究进展24
• 2.4 本文的主要工作24-26
• 第三章 水相银纳米颗粒对聚合物太阳能电池的影响26-37
• 3.1 引言26-28
• 3.2 器件的制备过程及测试手段28-30
• 3.2.1 器件的制备过程28-29
• 3.2.2 器件的测试手段29-30
• 3.3 结果与分析30-36
• 3.4 结论36-37
• 第四章 油相银纳米颗粒对聚合物太阳能电池的影响37-47
• 4.1 引言37-38
• 4.2 器件的制备过程及测试手段38
• 4.3 实验内容38-46
• 4.3.1 不同粒径的银纳米颗粒对聚合物太阳能电池的影响38-44
• 4.3.2 不同器件结构对聚合物太阳能电池的影响44-46
• 4.4 结论46-47
• 第五章 结论47-48
• 参考文献48-51
• 作者简历51-53
• 学位论文数据集53

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