微纳米结构诱导多重机制提升有机太阳能电池性能研究
发布时间：2021-12-11 21:18
有机太阳能电池（OSCs）具有柔性,量轻,绿色环保,可大面积制备等优点,是最有潜力的下一代电池。但是也因为其能量转化效率低和寿命短,限制了其商业化应用的脚步。影响OSCs效率的一个重要因素是有源层厚度与激子的传输距离之间相互制约,因此如何在不增加有源层厚度情况下提升光吸收成为研究重点。研究者们通过引入不同形貌和尺寸的微纳米结构来提升OSCs性能的。本文制备了微纳米复合周期光栅结构,并利用严格耦合波算法（RCWA）和时域有限差分法（FDTD）分析微纳米复合周期光栅提升OSCs光吸收作用机理。论文的研究工作主要包括以下几个方面:1:微纳米复合周期光栅的制备。首先用传统的光刻技术,制备一维条形矩形光栅结构（周期6μm）。其次用激光双光束干涉曝光制备纳米周期结构,通过调节入射光角度控制光栅周期大小,可以制备周期大于250nm的纳米光栅结构。最后利用两种工艺相结合的方法制备出微纳米复合周期光栅结构（MNCGs）的衬底。2:微纳米复合周期光栅结构提升OSCs光吸收作用机理分析。我们在OSCs金属背电极Ag和有源层界面处引入MNCGs,并利用RCWA算法分析MNCGs光学作用机理。研究表明MNCGs...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
能源应用实例（a）化石燃料，（b）风能，（c）潮汐能，（d）水能,（e）核能，（f）太阳能
2图1.2（a）卫星上的太阳能电池供电，（b）家用太阳能电池，（c）太阳能电池汽车，（d）供电不便的偏远山区利用太阳能电池供电，（e）海上利用太阳能电池供电，（f）太阳能电池路灯。有机太阳能电池（Organicsolarcells,OSCs）因制备方法简单、柔性、成本低、带隙可调节，可溶液法加工、能够roll-to-roll生产等特点，展现出极具潜力的发展前景和应用价值[15-19]，如图1.3所示。目前OSCs器件的光电转换效率最高效率达到17.3%[20]。尽管由于其效率、稳定性和寿命与传统无机太阳能电池相比还具有差距。研究者们通过合成新材料和对OSCs内部物理机制研究，以及改善制备工艺，来提升电池的性能[21-26]。相信在不久的将来，可以将OSCs商业化并应用到日常生活。图1.3有机薄膜太阳能电池
31.1有机太阳能电池的发展历程1959年，D.Kearns等制备首个Schottky型OSCs，能量转换效率（Powerconversionefficiency,PCEs）很低约0.1%，因而没有受到研究者们的重视。1986年，由电子给体（Donor,D）和电子受体（Accept,A）两种不同有机材料组成的双层异质结OSCs首次被C.W.Tang所报道发表在AppliedPhysicsLetters上，PCE达到1%[27]，如图1.4所示。这一研究成果为研究者们提供并开辟了新的思路，因而OSCs重新进入研究者们的视野。图1.4双层异质结OSCsJ-V曲线[27]，C.W.Tang博士。1995年，A.J.Heeger等人使用MEH-PPV为D，C60为A二者充分混合，首次制备出体异质结OSCs。体异质结结构能有效减小激子的传输距离，显著提高激子的解离效率，有效的提高PCE[28]，如图1.5所示。如图1.5MEH-PPV:C60体异质结OSCs[28]，A.J.Heeger教授
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面等离激元“热点”的可控激发及近场增强光谱学[J]. 冯仕靓,王靖宇,陈舒,孟令雁,沈少鑫,杨志林. 物理学报. 2019(14)
[2]多形貌多周期微纳米复合结构的制备及表征[J]. 王康,金玉,刘昱玮,李志祥,骆昕,吴志军,相春平. 激光与光电子学进展. 2019(12)
[3]探析太阳能电池材料发展现状[J]. 易欣欣. 电子制作. 2018(20)
[4]表面等离子体-微腔激元对顶入射有机薄膜太阳能电池光吸收效率的增强[J]. 金玉,王康,邹道华,吴志军,相春平. 发光学报. 2017(11)
[5]硅基单结太阳能电池的制备技术、缺陷及其性能的研究[J]. 季鑫,杨德仁,答建成. 材料导报. 2016(03)
[6]能源革命:从化石能源到新能源[J]. 邹才能,赵群,张国生,熊波. 天然气工业. 2016(01)
[7]25%效率晶体硅基太阳能电池的最新进展[J]. 邓庆维,黄永光,朱洪亮. 激光与光电子学进展. 2015(11)
[8]我国新能源战略的重大技术挑战及化解对策[J]. 罗来军,朱善利,邹宗宪. 数量经济技术经济研究. 2015(02)
[9]硅基薄膜太阳能电池发展研究及出路[J]. 胡笑添,章少华. 人工晶体学报. 2012(S1)
博士论文
[1]GSMBE外延硅薄膜太阳能电池物性研究[D]. 乐艮.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2019
[2]硅基薄膜太阳能电池界面微纳结构设计及光电性能分析[D]. 汪园园.合肥工业大学 2019
[3]硅-PEDOT:PSS杂化太阳能电池制备及光伏性能研究[D]. 孙一灵.电子科技大学 2017
[4]表面等离激元微腔共振特性研究[D]. 居冬泉.哈尔滨工业大学 2015
[5]2030年我国新能源发展优先序列研究[D]. 邢万里.中国地质大学(北京) 2015
[6]表面等离子体增强有机光电器件效率研究[D]. 金玉.吉林大学 2013
硕士论文
[1]有机小分子太阳能电池供体材料的理论研究[D]. 王芝香.吉林大学 2019
[2]几类有机小分子材料电子传输性能的理论研究[D]. 温珂珂.河南大学 2019
[3]光学结构在提高硅基太阳能电池性能中的应用[D]. 王珏斌.南京邮电大学 2017
[4]硅基异质结太阳能电池的界面研究及光伏性质[D]. 孙腾.苏州大学 2017
[5]我国太阳能的空间分布及地区开发利用综合潜力评价[D]. 沈义.兰州大学 2014
[6]我国太阳能光伏产业区域竞争力分析与评价[D]. 王紫薇.西南财经大学 2012
本文编号：3535418
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
能源应用实例（a）化石燃料，（b）风能，（c）潮汐能，（d）水能,（e）核能，（f）太阳能
2图1.2（a）卫星上的太阳能电池供电，（b）家用太阳能电池，（c）太阳能电池汽车，（d）供电不便的偏远山区利用太阳能电池供电，（e）海上利用太阳能电池供电，（f）太阳能电池路灯。有机太阳能电池（Organicsolarcells,OSCs）因制备方法简单、柔性、成本低、带隙可调节，可溶液法加工、能够roll-to-roll生产等特点，展现出极具潜力的发展前景和应用价值[15-19]，如图1.3所示。目前OSCs器件的光电转换效率最高效率达到17.3%[20]。尽管由于其效率、稳定性和寿命与传统无机太阳能电池相比还具有差距。研究者们通过合成新材料和对OSCs内部物理机制研究，以及改善制备工艺，来提升电池的性能[21-26]。相信在不久的将来，可以将OSCs商业化并应用到日常生活。图1.3有机薄膜太阳能电池
31.1有机太阳能电池的发展历程1959年，D.Kearns等制备首个Schottky型OSCs，能量转换效率（Powerconversionefficiency,PCEs）很低约0.1%，因而没有受到研究者们的重视。1986年，由电子给体（Donor,D）和电子受体（Accept,A）两种不同有机材料组成的双层异质结OSCs首次被C.W.Tang所报道发表在AppliedPhysicsLetters上，PCE达到1%[27]，如图1.4所示。这一研究成果为研究者们提供并开辟了新的思路，因而OSCs重新进入研究者们的视野。图1.4双层异质结OSCsJ-V曲线[27]，C.W.Tang博士。1995年，A.J.Heeger等人使用MEH-PPV为D，C60为A二者充分混合，首次制备出体异质结OSCs。体异质结结构能有效减小激子的传输距离，显著提高激子的解离效率，有效的提高PCE[28]，如图1.5所示。如图1.5MEH-PPV:C60体异质结OSCs[28]，A.J.Heeger教授
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面等离激元“热点”的可控激发及近场增强光谱学[J]. 冯仕靓,王靖宇,陈舒,孟令雁,沈少鑫,杨志林. 物理学报. 2019(14)
[2]多形貌多周期微纳米复合结构的制备及表征[J]. 王康,金玉,刘昱玮,李志祥,骆昕,吴志军,相春平. 激光与光电子学进展. 2019(12)
[3]探析太阳能电池材料发展现状[J]. 易欣欣. 电子制作. 2018(20)
[4]表面等离子体-微腔激元对顶入射有机薄膜太阳能电池光吸收效率的增强[J]. 金玉,王康,邹道华,吴志军,相春平. 发光学报. 2017(11)
[5]硅基单结太阳能电池的制备技术、缺陷及其性能的研究[J]. 季鑫,杨德仁,答建成. 材料导报. 2016(03)
[6]能源革命:从化石能源到新能源[J]. 邹才能,赵群,张国生,熊波. 天然气工业. 2016(01)
[7]25%效率晶体硅基太阳能电池的最新进展[J]. 邓庆维,黄永光,朱洪亮. 激光与光电子学进展. 2015(11)
[8]我国新能源战略的重大技术挑战及化解对策[J]. 罗来军,朱善利,邹宗宪. 数量经济技术经济研究. 2015(02)
[9]硅基薄膜太阳能电池发展研究及出路[J]. 胡笑添,章少华. 人工晶体学报. 2012(S1)
博士论文
[1]GSMBE外延硅薄膜太阳能电池物性研究[D]. 乐艮.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2019
[2]硅基薄膜太阳能电池界面微纳结构设计及光电性能分析[D]. 汪园园.合肥工业大学 2019
[3]硅-PEDOT:PSS杂化太阳能电池制备及光伏性能研究[D]. 孙一灵.电子科技大学 2017
[4]表面等离激元微腔共振特性研究[D]. 居冬泉.哈尔滨工业大学 2015
[5]2030年我国新能源发展优先序列研究[D]. 邢万里.中国地质大学(北京) 2015
[6]表面等离子体增强有机光电器件效率研究[D]. 金玉.吉林大学 2013
硕士论文
[1]有机小分子太阳能电池供体材料的理论研究[D]. 王芝香.吉林大学 2019
[2]几类有机小分子材料电子传输性能的理论研究[D]. 温珂珂.河南大学 2019
[3]光学结构在提高硅基太阳能电池性能中的应用[D]. 王珏斌.南京邮电大学 2017
[4]硅基异质结太阳能电池的界面研究及光伏性质[D]. 孙腾.苏州大学 2017
[5]我国太阳能的空间分布及地区开发利用综合潜力评价[D]. 沈义.兰州大学 2014
[6]我国太阳能光伏产业区域竞争力分析与评价[D]. 王紫薇.西南财经大学 2012
本文编号：3535418
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3535418.html
