金等离子体纳米结构的制备及其在聚合物太阳能电池的运用

发布时间：2021-01-16 21:35

　　聚合物太阳能电池因其质轻、柔性、成本低廉以及适用于卷对卷方式生产等优点引起国内外学术和产业界的极大关注。然而,与硅基太阳能电池相比,聚合物太阳能电池较低光吸收能力导致的较低光电转换效率制约了其进一步发展。聚合物太阳能电池的活性层一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体构成,其相对较低载流子迁移率与短激子扩散距离极大地限制了活性层的厚度（<²00 nm）,不利于器件的光吸收。表面等离子体光学提出在纳米尺度上操纵和束缚光子,为在不改变活性层厚度的情况下提高电池的光吸收水平提供了一条新的有效途径。在金属纳米粒子增强聚合物太阳能电池的相关研究工作中,一般采用将金属纳米粒子混入电池缓冲层或活性层溶液中再进行旋涂制膜的添加方式。该方法需要经过粒子合成、提纯、再分散、旋涂等多个步骤,过程繁琐且极易引起金属纳米粒子的团聚,这不但减弱了其表面等离子共振效应,还可能破坏电池活性层的微观形貌,有损电池性能。因此,解决金属纳米粒子在电池中的团聚是充分利用其表面等离子体共振效应提升电池光吸收和光电转换效率的一个关键问题。此外,等离子金属纳米结构在电池中的添加位置也对其增强活性层的光吸收... 

【文章来源】：苏州大学江苏省

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

全球能源消费主要构成

第一章 金等离子体纳米结构的制备及其在聚合物太阳能电池的运用与再生能源的研究开发。据BP发布的《2035世界能源展望》，如图 1.2所示，目前可再生能源在全球一次能源结构中占比只有4%左右，但增长势头非常强劲，增长量占全球能源新增量的1/4。在化石能源不断被限制的同时，全球整体能源需求还在以年均1.5%-1.9%的速度上升，这说明可再生能源发展潜力巨大[1]。

图 1.3 不同类型太阳能电池NREL认证效率增长趋势图[4]。Figure 1.3 Growth trend chart of NREL authentication efficiency for different types of solar cells[4].第一梯队为各类叠层太阳能电池和无机化合物太阳能电池。叠层太阳能电池主要针对不同半导体材料对太阳光吸收波段的整合叠加，从而达到对太阳光的利用的最大程度。无机化合物太阳能电池主要以GaAs和CdS为代表的太阳能电池[5,6]，得益于材料本身直接带隙的优点，低能耗，高效率且稳定性极好，普遍用于太空航天器。该梯队报道的最高光电转换效率范围在27.8%-46%，但是叠层太阳能电池制作过程与材料合成过于繁琐，局限于实验室研究，商业化之路漫漫其修远兮。材料成膜要求极高，重复性差，且稀有元素成本高等因素使得无机化合物太阳能电池很难得到广泛运用[7]，仅有少量运用在航天器等高端领域。第二梯队为硅基太阳能电池与CIGS薄膜太阳能电池。硅基太阳能电池又分为单晶硅与多晶硅电池，单晶硅得益于较高的载流子迁移率，转化效率能达到26.6%，


本文编号：2981581