银纳米颗粒对体异质结有机太阳能电池性能的影响

发布时间：2017-04-20 14:13

  本文关键词：银纳米颗粒对体异质结有机太阳能电池性能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有机太阳能电池(OSCs)因其制备工艺简单、成本低廉、可在大面积柔性衬底上制备等优势而备受关注,但其光电转化效率较低、寿命较短,成为制约其应用的主要因素。大量研究表明,在OSCs中引入贵金属纳米颗粒,利用贵金属纳米颗粒的局域表面等离子激元共振特性来提高活性层的光吸收,进而提高OSCs光电转化效率。但大多数研究是利用单一形状金属纳米颗粒改善OSCs性能。本论文在前人研究的基础上通过将三种不同形状的银纳米颗粒混合掺杂在体异质结有机太阳能电池的缓冲层与活性层界面来提高其性能,并对其提高机理进行了深入分析。主要研究内容如下:1、采用液相化学合成方法分别制备了银纳米球、银纳米立方体、银纳米三角片。通过测试紫外-可见吸收光谱和透射电子显微镜,发现银纳米球只有一个共振吸收峰在400 nm处;银纳米立方体有三个不同的共振吸收峰,分别为351nm、403nm、452 nm,主吸收峰452 nm;银纳米三角片同样有三个不同的共振吸收峰,分别为338 nm、419 nm、602 nm,主吸收峰602 nm。银纳米球直径为15-36 nm;银纳米立方体棱长为40-55 nm;银纳米三角片边长为35-50 nm,厚度为5-10 nm。2、在基于P3HT:PC60BM体系有机太阳能电池的阳极缓冲层和活性层界面同时掺杂三种银纳米颗粒,研究了银纳米颗粒对电池性能的影响。结果表明,掺杂混合银纳米颗粒器件的性能优于掺杂任一单一形状银纳米颗粒器件的性能,当掺杂银纳米混合颗粒浓度为0.4 mg/ml时,器件性能最优。相对于标准器件,其光电转化效率提高了19.3%。3、在基于PTB7:PC70BM体系有机太阳能电池的阳极缓冲层和活性层界面同时掺杂三种银纳米颗粒,详细研究了银纳米颗粒对电池性能的影响。得出掺杂银纳米混合颗粒器件的性能优于掺杂任一单一形状银纳米颗粒器件的性能,也优于掺杂任意两种不同形状银纳米混合颗粒器件的性能;掺杂各向异性银纳米颗粒(银纳米立方、银纳米三角)器件的性能优于掺杂各向同性银纳米颗粒(银纳米球)器件的性能。当掺杂银纳米混合颗粒浓度为0.4 mg/ml时,器件性能最优。相对于标准器件,其光电转化效率提高了17.4%。4、通过对比体异质结有机太阳能电池的倒置结构和正置结构器件,发现不仅倒置结构器件的功率转化效率高于正置结构,而且寿命也明显长于正置结构。在倒置结构器件的阴极缓冲层界面掺杂银纳米混合颗粒,不仅未能提高器件的性能,反而降低了其性能。
【关键词】：有机太阳能电池 局域表面等离子激元共振 银纳米颗粒 光电转化效率
【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
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 有机太阳能电池的研究背景10-12
• 1.2 有机太阳能电池的工作原理12-18
• 1.2.1 激子的产生、扩散与解离13-15
• 1.2.2 载流子的输运与收集15-17
• 1.2.3 有机太阳能电池中的电流17-18
• 1.3 有机太阳能电池的性能参数18-20
• 1.3.1 短路电流及开路电压19
• 1.3.2 填充因子及效率19-20
• 1.3.3 串联电阻与并联电阻20
• 1.4 有机太阳能电池器件的结构20-23
• 1.4.1 单层器件20-21
• 1.4.2 双层异质结器件21
• 1.4.3 体异质结器件21-22
• 1.4.4 串联器件22-23
• 1.4.5 三元器件23
• 1.5 局域表面等离子激元共振效应23-25
• 1.5.1 局域表面等离子激元共振效应简述23-24
• 1.5.2 局域表面等离子激元共振效应在有机太阳能电池中的应用24-25
• 1.6 本论文的研究目的、意义及内容25-28
• 第二章 银纳米颗粒的制备及表征28-38
• 2.1 银纳米颗粒的制备29-31
• 2.1.1 实验材料及仪器设备29-30
• 2.1.2 银颗纳米粒的制备30-31
• 2.2 银纳米颗粒的表征31-34
• 2.3 不同形状银纳米颗粒混合的表征34-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 体异质结有机太阳能电池的制备38-46
• 3.1 实验材料及设备38-39
• 3.2 器件结构39-42
• 3.3 器件制备流程42-44
• 3.4 器件测试与表征44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 银纳米颗粒对体异质结有机太阳能电池性能的影响46-72
• 4.1 银纳米颗粒对P3HT:PC60BM体异质结有机太阳能电池性能的影响46-53
• 4.1.1 器件结构47
• 4.1.2 器件性能分析47-53
• 4.1.3 本节小结53
• 4.2 银纳米颗粒对PTB7:PC70BM体异质结有机太阳能电池性能的影响53-64
• 4.2.1 器件结构54
• 4.2.2 器件性能分析54-64
• 4.2.3 本节小结64
• 4.3 银纳米颗粒对PTB7:PC70BM倒置体异质结有机太阳能电池的影响64-71
• 4.3.1 标准器件65-69
• 4.3.2 掺杂颗粒器件69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-82
• 硕士期间科研成果82

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