表面等离子体增强聚合物太阳能电池的研究

发布时间：2017-06-15 05:11

  本文关键词：表面等离子体增强聚合物太阳能电池的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与传统的无机半导体太阳能电池相比,聚合物太阳能电池具有原料种类丰富、易加工、易制备、重量轻等优点,尤其是可通过廉价的印刷工艺获得低成本、柔性、大面积器件,因此成为近年来新型光伏器件最具发展潜力的方向之一。然而目前,聚合物太阳能电池能量转换效率还比较低,离商业化还有一段距离。活性层光吸收能力不强是局限太阳能电池能量转换效率提高的原因之一,而利用表面等离子体共振可以有效增强活性层对光的吸收。目前,利用金属纳米粒子的表面等离子体共振来提高聚合物太阳能电池效率已经得到广泛研究。金属纳米粒子的大小、形状将直接影响其表面等离子共振效应,金属纳米粒子在聚合物电池中的掺杂位置也同样非常重要。本论文将从以上两个角度出发来设计制备表面等离子体增强聚合物太阳能电池。我们成功合成了新型纳米粒子—金六八面体,并将其引入到常规P3HT:PC61BM聚合物太阳能电池的阳极缓冲层中。最终制备出的电池短路电流密度及能量转换效率分别从对比器件的8.55 mA/cm2和2.81%提升到9.66 mA/cm2和3.34%,分别提高了12.98%及18.86%。本文又成功合成出二氧化硅包裹的金立方纳米粒子,并首次将其直接置于高性能PTB7:PC71BM聚合物太阳能电池活性层中,通过优化掺杂浓度,制备出了最佳增强效果的高效聚合物太阳能电池,其短路电流密度以及能量转化效率从基础对比器件的16.98mA/cm2和7.38%分别增加到21.22 mA/cm2和9.06%,分别提高了24.97%及22.76%。分析表明,二氧化硅包裹的金立方纳米粒子强的局域表面等离子体共振直接作用于光活性层,极大促进了活性层对光的吸收,从而有效提高了短路电流密度,进而提高了器件能量转换效率。
【关键词】：聚合物太阳能电池 表面等离子体共振 金纳米粒子 核壳结构
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专业术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 有机太阳能电池的工作机理10-14
• 1.2.1 有机太阳能电池的工作原理10-12
• 1.2.2 有机太阳能电池等效工作电路12-13
• 1.2.3 有机太阳能电池伏安特性曲线及性能指标13-14
• 1.3 有机太阳能电池的基本器件结构14-17
• 1.3.1 单层肖特基结构15
• 1.3.2 双层异质结结构15-16
• 1.3.3 混合异质结结构16-17
• 1.3.4 分子D-A结结构17
• 1.4 聚合物太阳能电池的性能影响因素17-18
• 1.5 聚合物太阳能电池研究现状18-24
• 第二章 表面等离子体理论介绍及应用24-37
• 2.1 表面等离子体基本理论24-27
• 2.1.1 表面等离子体共振(SPPs)24-26
• 2.1.2 局域表面等离子体共振（LSPRs）26-27
• 2.2 时域有限差分法模拟原理及应用27-28
• 2.3 常用金属纳米粒子在有机太阳能电池中的应用28-36
• 2.3.1 早期蒸镀法利用表面等离子体28-29
• 2.3.2 运用几种技术手段形成周期性阵列来利用表面等离子体29-31
• 2.3.3 直接合成不同形状金属纳米粒子31-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 基于金六八面体纳米粒子的聚合物太阳能电池研究37-45
• 3.1 研究目的37
• 3.2 金六八面体纳米粒子的光学性质分析37-39
• 3.2.1 金六八面体纳米粒子的制备37-38
• 3.2.2 性能分析38-39
• 3.3 金六八面体掺杂的P3HT:PC_(61)BM聚合物太阳能电池39-43
• 3.3.1 聚合物太阳能电池结构39-40
• 3.3.2 器件制备及纳米粒子浓度优化40-41
• 3.3.3 电池性能分析41-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 二氧化硅包裹的金纳米立方在聚合物太阳能电池中的应用45-56
• 4.1 本章研究目的45
• 4.2 金立方纳米粒子的制备及结果表征45-46
• 4.2.1 金立方纳米粒子的制备45-46
• 4.2.2 金纳米立方性能分析46
• 4.3 二氧化硅包裹的金纳米立方46-48
• 4.3.1 二氧化硅包裹的金纳米立方的制备46-47
• 4.3.2 Au NCs@SiO_2纳米粒子性能分析47-48
• 4.4 掺杂Au NCs@SiO_2核壳结构的PTB7:PC71BM聚合物太阳电池48-55
• 4.4.1 器件结构设计48-49
• 4.4.2 器件表面等离子体增强效应的仿真研究49-51
• 4.4.3 器件制备及掺杂纳米粒子的浓度优化51-52
• 4.4.4 器件性能分析52-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 总结与展望56-57
• 参考文献57-62
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文62-63
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目63-64
• 致谢64

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