用于有机透明光伏器件背电极修饰的光子晶体的结构设计和性能模拟研究

【摘要】：有机透明光伏器件因其在建筑物窗玻璃、汽车挡风玻璃、植物温室、移动电子设备以及装饰艺术产品等方面的独特应用受到人们的广泛关注。由于照射到太阳能电池的太阳光是一定的,越多的太阳光被活性层材料吸收转化成电能意味着透过电池的太阳光则会减少,反之亦然。如何使器件在保证充足光吸收效率的同时对太阳光还能有充分的光透射,是设计有机透明太阳能电池结构要解决的核心问题。解决这一矛盾的基本思路是通过对器件吸收和透射波段进行调控,使电池吸收更多的红外和紫外光用来发电,以确保器件有足够高的光电转化效率,同时尽可能少地吸收可见光以保证器件可见光的透射率。本文基于透射可见光吸收红外光的基本思想,设计出两种制作工艺简单、综合性能良好的光子晶体用来修饰有机透明太阳能电池的背电极,实现了器件对太阳光的选择性吸收和透射。具体内容如下:1、设计了由两个周期的Si和SiO2组成的光子晶体来修饰结构为ITO/MoO3/PDTP-DFBT:PCBM/TiO2/ITO的透明电池背电极。计算结果显示器件在450~500nm以及700~900nm两个波段吸收显著增强,同时保证了450~700nm范围内的透射。器件的短路电流密度达到17.25 mA/cm2,相比于无光子晶体修饰的器件提高了36.5%。2、设计了由不同厚度的TiO2和LiF组成的多周期串联光子晶体,用于ITO/PEDOT:PSS/PDTP-DFBT:PCBM/Ag电池的背电极修饰,所设计的器件对可见光的透射率和近红外光吸收率选择性增强,平均透射率达到40.3%,并且对于植物生长提供高品质的透射谱,短路电流也有提高。通过计算电场分布,分析得到串联光子晶体分波段选择性增强的原因在于400~700nm激发的光学塔姆态效应。 【关键词】：有机透明光伏 光子晶体 光学塔姆态 温室
【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
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 主要符号说明10-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 引言12-13
• 1.2 有机太阳能电池概述13-19
• 1.2.1 有机太阳能电池发展13-14
• 1.2.2 有机太阳能电池几种典型结构14-15
• 1.2.3 有机太阳能电池工作原理及其性能参数15-18
• 1.2.4 有机透明太阳能电池概述18-19
• 1.3 透明薄膜太阳能电池光电管理技术概述19-25
• 1.3.1 透明电极的研究现状20-22
• 1.3.2 活性层材料的合成22
• 1.3.3 表面等离子体光调控22-24
• 1.3.4 光子晶体的光调控24-25
• 1.4 本文的研究意义及主要内容25-28
• 第二章 基础理论与算法验证28-36
• 2.1 引言28
• 2.2 DBR简介28-30
• 2.3 OTS简介30-32
• 2.3.1 金属与光子晶体的界面处的OTS的激发31-32
• 2.3.2 不同的PC界面处的OTS的激发32
• 2.4 算法及其正确性验证32-36
• 2.4.1 计算方法简介32-33
• 2.4.2 二维结构计算方法验证33-34
• 2.4.3 三维结构计算方法验证34-36
• 第三章 单节PC修饰背电极的TOPV设计36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 算法与模型建立36-37
• 3.3 器件结构设计37-42
• 3.3.1 光子晶体层材料选择37-40
• 3.3.2 光子晶体层厚度的优化40-42
• 3.3.3 叠放次序的讨论42
• 3.4 电池的性能42-46
• 3.4.1 器件的光透射、吸收性能42-43
• 3.4.2 入射角度对器件性能的影响43-44
• 3.4.3 器件色度44-46
• 第四章 串联PC修饰背电极TOPV的设计46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 器件结构设计46-50
• 4.2.1 基本结构46-47
• 4.2.2 底层光子晶体的设计47-48
• 4.2.3 内嵌层的设计48-50
• 4.3 电池的性能50-55
• 4.3.1 器件的光透射、吸收性能50-53
• 4.3.2 入射角对电池光吸收和透射性能的影响53-54
• 4.3.3 器件的色度54-55
• 4.4 机理分析55-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 创新点60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 硕士阶段科研成果70

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