阵列型银纳米结构提高有机太阳能电池光吸收性能的理论研究

发布时间：2019-11-28 11:04

【摘要】：在过去的二十多年来,金属纳米结构是最受欢迎的光捕获结构之一,在有机光电器件中得到了广泛的应用。本论文以PTB7:PCBM为活性层材料,在有机太阳能电池活性层中引入不同的阵列型银纳米结构,用有限元法和时域有限差分法研究活性层吸收性能,以及其结构参数和形貌对有机太阳能电池吸收性能的影响。具体包括:1.对倒置平板有机太阳能电池活性层厚度进行优化。得到活性层最优厚度为104 nm,此时活性层总吸收效率达到70.2%。2.引用一维银纳米条阵列增强光吸收性能的研究。得到周期(p=300 nm)、占空比(r=0.15)、高(h=30 nm)、离活性层底部距离(d=20 nm)的最优参数情况下,电池活性层光吸收效率相对于平板活性层光吸收提高了7.63%。通过对增强吸收峰处的场分布进行分析,可知丰富的光子模式、表面等离激元模式及这两种模式的杂化模式的激发是增强光吸收的原因所在。一维银纳米条参数p、r、h、d对有机太阳能电池光吸收性能有重要调控规律。当h(d)较高时,活性层光吸收达到最大值时对应的d(h)值较小。3.引用二维银纳米片阵列增强光吸收性能的研究。得到p=1300nm、r=0.5、h=45 nm、d=5 nm的最优参数结构下,电池活性层光吸收效率相对于平板活性层光吸收提高了7.57%。丰富的光子模式、表面等离激元模式及这两种模式的杂化模式的激发同样是增强光吸收的原因所在。随着占空比的增大,小周期太阳能电池器件的敏感度增加较快,而对于大周期的太阳能电池增加较慢。4、最后对二维银纳米结构的形貌对有机太阳能电池光吸收性能的影响做了分析,包括二维银纳米片阵列变形为二维银纳米十字叉阵列、二维银纳米方形环阵列。得出共同结论:在增强有机太阳能电池光吸收性能方面,银纳米片阵列结构优于十字叉阵列和方形环阵列结构。我们设计的基于二维银纳米片阵列的有机太阳能电池,有大周期,相比于那些复杂的光栅结构,更易于工艺加工。
【图文】：

为卷对卷的全自动的无纺布丝印机Fig.1-1Roll-to-roll

阵列型银纳米结构提高有机太阳能电池光吸收性能的理论研究

太阳能电池光电转换发展进展图
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.4

【参考文献】