有机太阳能电池的微纳结构调控研究
发布时间：2023-05-12 17:38
有机太阳能电池(OSCs)具有质量轻、易制备、成本低、污染少、可大面积制备和可柔性等优点,特别是在玻璃幕墙、车载能源领域具有不可替代的市场价值。目前,为了实现OSCs的商业化推广,首要任务就是提高OSCs的性能,即光电转换效率(PCE)。有机半导体材料较低的载流子迁移率是导致器件PCE不理想的关键因素。在低载流子迁移率的情况下,为了有效地取出载流子,人们通常使用较薄的活性层薄膜,这就导致了OSCs器件的入射光吸收率和载流子收集效率相互制约的问题,严重阻碍了OSCs的PCE的提升及其商业化。为了在一定活性层的条件下,尽可能地提升OSCs的光电转化效率,本文针对性地提出了新颖的增强入射光吸收率的光学调控策略和促进载流子收集的界面调控策略。主要研究内容包括:一、我们制备了准周期性的蛾眼结构,并使用软纳米压印方法将其转移至OSCs的电子传输层ZnO上和衬底上。相对于参比器件,基于准周期蛾眼结构ZnO的OSCs在PCE上获得了9.2%的提升。基于准周期蛾眼结构ZnO和准周期蛾眼结构减反层的器件的性能获得了进一步提升。其中,以PTB7-Th:PC71BM为活性层的器件的光电转...
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 有机太阳能电池的发展历程
1.3 有机太阳能电池的工作原理
1.3.1 光的吸收和激子的形成
1.3.2 激子的扩散和解离
1.3.3 电荷的输运和收集
1.4 有机太阳能电池的器件参数
1.4.1 开路电压(VOC)
1.4.2 短路电流密度(JSC)
1.4.3 光电转化效率(PCE)
1.4.4 填充因子(FF)
1.4.5 串联电阻(Rs)和并联电阻(Rsh)
1.5 有机太阳能电池的器件优化手段
1.5.1 活性层材料的设计与选择
1.5.2 光调控结构的应用
1.5.3 传输层界面的修饰
1.6 研究的内容和意义
1.6.1 研究的内容
1.6.2 研究的意义
1.7 本章小结
第二章 有机太阳能电池的制备与表征
2.1 引言
2.2 有机太阳能电池的制备
2.2.1 玻璃/ITO衬底的准备
2.2.2 电子传输层的制备
2.2.3 活性层的制备
2.2.4 空穴传输层的制备
2.2.5 金属电极的制备
2.3 有机太阳能电池的表征
2.3.1 电流密度-电压曲线
2.3.2 外量子效率
2.3.3 紫外-可见反射光谱
2.4 形貌表征
2.4.1 扫描电子显微镜
2.4.2 原子力显微镜
2.4.3 透射电子显微镜
2.5 光学特性表征
2.6 其它表征
2.6.1 光致发光光谱
2.6.2 X射线光电子能谱
2.6.3 紫外光电子能谱
2.6.4 接触角
2.7 理论计算
2.8 本章小结
第三章 准周期性蛾眼结构在有机太阳能电池中的光调控研究
3.1 引言
3.2 器件的制备
3.2.1 参比器件的制备
3.2.2 蛾眼结构的制备与转移
3.2.3 蛾眼图案化器件的制备
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 薄膜特性的表征
3.3.2 器件特性的表征
3.3.3 光学仿真
3.4 本章小结
第四章 ZnO微球在有机太阳能电池中的光调控作用研究
4.1 引言
4.2 器件的制备
4.2.1 ZnO纳米晶的合成
4.2.2 参比器件的制备
4.2.3 ZnO微球的合成
4.2.4 具有ZnO微球的器件的制备
4.3 实验结果与讨论
4.3.1 ZnO微球的表征
4.3.2 薄膜特性的表征
4.3.3 器件特性的表征
4.3.4 光学仿真
4.4 本章小结
第五章 蛾眼压印的ZnO:Al2O3在有机太阳能电池中的光电调控研究
5.1 引言
5.2 器件的制备
5.2.1 参比器件的制备
5.2.2 基于蛾眼图案化ZnO:Al2O3的器件的制备
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 薄膜特性的表征
5.3.2 器件特性的表征
5.3.3 光学仿真
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研成果
致谢
本文编号：3814327
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 有机太阳能电池的发展历程
1.3 有机太阳能电池的工作原理
1.3.1 光的吸收和激子的形成
1.3.2 激子的扩散和解离
1.3.3 电荷的输运和收集
1.4 有机太阳能电池的器件参数
1.4.1 开路电压(VOC)
1.4.2 短路电流密度(JSC)
1.4.3 光电转化效率(PCE)
1.4.4 填充因子(FF)
1.4.5 串联电阻(Rs)和并联电阻(Rsh)
1.5 有机太阳能电池的器件优化手段
1.5.1 活性层材料的设计与选择
1.5.2 光调控结构的应用
1.5.3 传输层界面的修饰
1.6 研究的内容和意义
1.6.1 研究的内容
1.6.2 研究的意义
1.7 本章小结
第二章 有机太阳能电池的制备与表征
2.1 引言
2.2 有机太阳能电池的制备
2.2.1 玻璃/ITO衬底的准备
2.2.2 电子传输层的制备
2.2.3 活性层的制备
2.2.4 空穴传输层的制备
2.2.5 金属电极的制备
2.3 有机太阳能电池的表征
2.3.1 电流密度-电压曲线
2.3.2 外量子效率
2.3.3 紫外-可见反射光谱
2.4 形貌表征
2.4.1 扫描电子显微镜
2.4.2 原子力显微镜
2.4.3 透射电子显微镜
2.5 光学特性表征
2.6 其它表征
2.6.1 光致发光光谱
2.6.2 X射线光电子能谱
2.6.3 紫外光电子能谱
2.6.4 接触角
2.7 理论计算
2.8 本章小结
第三章 准周期性蛾眼结构在有机太阳能电池中的光调控研究
3.1 引言
3.2 器件的制备
3.2.1 参比器件的制备
3.2.2 蛾眼结构的制备与转移
3.2.3 蛾眼图案化器件的制备
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 薄膜特性的表征
3.3.2 器件特性的表征
3.3.3 光学仿真
3.4 本章小结
第四章 ZnO微球在有机太阳能电池中的光调控作用研究
4.1 引言
4.2 器件的制备
4.2.1 ZnO纳米晶的合成
4.2.2 参比器件的制备
4.2.3 ZnO微球的合成
4.2.4 具有ZnO微球的器件的制备
4.3 实验结果与讨论
4.3.1 ZnO微球的表征
4.3.2 薄膜特性的表征
4.3.3 器件特性的表征
4.3.4 光学仿真
4.4 本章小结
第五章 蛾眼压印的ZnO:Al2O3在有机太阳能电池中的光电调控研究
5.1 引言
5.2 器件的制备
5.2.1 参比器件的制备
5.2.2 基于蛾眼图案化ZnO:Al2O3的器件的制备
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 薄膜特性的表征
5.3.2 器件特性的表征
5.3.3 光学仿真
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研成果
致谢
本文编号：3814327
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