金属电极聚合物太阳能电池的研究

【摘要】：太阳能电池产生至今，其所产生的影响一次又一次的超出了人们的预料，太阳能电池的研究早已经不再局限于学术界的范畴了，在未来的发展中，高效太阳能电池一定可以发展成为一种举足轻重的产业，大幅度地改善人类生存的质量，深刻地影响人类的未来。目前进入到人类生活中的太阳能电池所用的加工材料主要是硅，但是由于硅本身的造价比较高，所以大幅度降低硅太阳能电池的成本非常困难，与硅太阳能电池相比有机太阳能电池具有制造面积大、廉价、简易、柔性等优点，因此是颇有希望的电池，虽然有机太阳能电池本身存在很多优点，但是有机太阳能电池的转化效率还比较低，影响其转化效率的因素主要包括光生激子的几率，激子分离几率，载流子收集能力等因素。 在有机太阳能电池中，主要采用ITO作为阳极，因为其透光率高的特点得到了普遍应用，但是在电池结构中一般采用PEDOT作为空穴传输层，PEDOT本身具有一定酸性，会腐蚀ITO，对于器件性能方面有一定副影响。因此我们的工作思路是采用金属电极替代原有的ITO电极作为阳极，通过对银薄膜厚度等参数的优化，基于金属阳极的有机太阳电池的效率可以和以ITO为阳极的器件相比拟。 我们采用金属镀膜机制备五种不同厚度的Ag薄膜，分别为12nm、14nm、16nm、18nm、30nm。对五种不同厚度的Ag薄膜进行透射、导电性能、以及原子力扫描等测试，结果发现透射性随着厚度增加而降低，导电性随着厚度增加而更佳，薄膜表面的粗糙度随着薄膜厚度增加而增大，同时制备了完整的电池器件：Ag/PEDOT:PSS(35nm)/P3HT:PCBM(120nm)/Ca(3nm)/Ag(80nm)，结果显示当金属Ag的厚度为16nm的时候器件的效率最佳，达到3.6%。 我们对表面等离子增强太阳电池的吸收进行了初步研究。我们采用纳秒激光器产生的紫外激光作为光源，搭建了双光束干涉光路，在有源层烧蚀出不同周期的光栅结构。制作四种不同结构器件进行吸收测试Glass/Ag（50nm）、Glass/P3HT:PCBM(90nm)、Glass/P3HT:PCBM(90nm)/Ag（50nm)、Glass/P3HT:PCBM/Grating/Ag（50nm），对有无光栅结构的器件进行对比，发现含有光栅结构的器件吸收得到增强并观察到表面等离子体共振吸收峰。对含有不同周期光栅结构的器件进行对比，表明随着光栅周期的减小，等离子体共振吸收峰峰位发生蓝移。以上结果显示，在器件结构中引入适当周期的光栅，通过表面等离子增强吸收效应，可能显著提高太阳电池器件的效率。 【关键词】：有机聚合物太阳能电池 平板器件 光栅 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】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 综述10-20
• 1.1 太阳能电池简介10-14
• 1.2 太阳能电池发展现状14-18
• 1.3 本论文工作18-20
• 第2章 太阳能电池的物理基础和基本原理20-39
• 2.1 光与半导体的相互作用20-26
• 2.1.1 半导体中的光吸收21-23
• 2.1.2 半导体中的复合过程23-25
• 2.1.3 半导体中的电流传输25-26
• 2.2 太阳的常数26-28
• 2.3 太阳能电池的基本原理28-36
• 2.4 太阳电池特性测量的基本方法36
• 2.5 四种典型的太阳能电池结构36-39
• 第3章 Ag电极平板器件探究39-58
• 3.1 溶液的制备以及ITO刻蚀、银电极制备39-40
• 3.2 P3HT:PCBM的浓度优化40-42
• 3.3 对于平板器件性能的摸索42-52
• 3.3.1 采用Ag薄膜作为阳极的平板器件的性能探索42-44
• 3.3.2 采用ITO作为阳极的平板器件的性能探索44-52
• 3.4 光栅结构器件探究52-57
• 3.4.1 干涉光路的搭建52-53
• 3.4.2 一维光栅的制备53-55
• 3.4.3 表面等离子体共振吸收测试55-57
• 3.5 小结57-58
• 第4章 结论58-59
• 参考文献59-63
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果63-64
• 致谢64

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