有机小分子太阳能电池结构设计及效率优化研究

发布时间：2017-12-09 18:37

  本文关键词：有机小分子太阳能电池结构设计及效率优化研究

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【摘要】：有机小分子太阳能电池由于其材料选择的灵活性、成本低、制备简单等优势而引起了广泛的关注。虽然有机太阳能电池的能量转换效率低于无机太阳能电池,但是在过去的几年里已经超过了10%。因此需要进一步提高其效率实现其商业应用。本论文通过对有机小分子太阳能电池器件结构的设计以及物理机制的研究来提高其效率,主要研究工作集中在以下几个方面:1.研究了SubPc界面层对给体低浓度掺杂的体异质结有机小分子太阳能电池光伏性能的影响。在结构为ITO/MoO_3/5wt%TAPC:C70/Bphen/Al的器件中,MoO_3/5wt%TAPC:C70界面处引入SubPc作为界面层,器件的效率达到4.95%,与对比器件相比,效率提高了约28%。在此基础上,制备了器件结构为ITO/MoO_3/SubPc/5wt%TAPC:C70/Bphen/Ag/MoO_3/SubPc/5wt%TAPC:C70/Bphen/Al的叠层太阳能电池,效率达到7.27%,与对比器件相比,效率提高了47%。研究表明界面层的引入,在MoO_3/SubPc和SubPc/C70界面处可以形成能带弯曲,提高了器件的空穴收集能力,从而使器件的短路电流提高,串联电阻减小。2.研究了基于Au纳米颗粒表面等离激元增强的有机小分子太阳能电池。采用真空热沉积的方法在ITO基板上制备了Au纳米颗粒,并构筑了结构为ITO/Au NPs/MoO_3/DBP/C70/Bphen/Al的有机太阳能电池。通过优化Au薄膜和MoO_3的厚度,器件的效率可达3.29%。与对比器件相比,器件的效率提高了21.4%。研究表明器件性能的提高是由于Au纳米颗粒的表面等离激元效应导致了局域的电磁场增强,从而提高器件的光吸收效率,同时器件的导电性也得到提高。3.研究了基于Au:Ag混合纳米颗粒表面等离激元增强的有机小分子太阳能电池。采用真空共沉积的方法制备Au:Ag混合纳米颗粒,制备了器件结构为ITO/Au:Ag/MoO_3/DBP/C70/Bphen/Al的太阳能电池。通过优化Au:Ag混合比例和MoO_3的厚度,器件的最高效率可达3.32%。与对比器件相比,器件效率提高了22.5%。研究表明,器件性能的提高同样是由于器件吸收效率的提高和导电性的增加。由于Au和Ag具有不同的介电常数,因此Au:Ag混合纳米颗粒能够获得更宽的表面等离激元共振光谱,从而在更大范围内提高器件的吸收效率。同时也发现,采用真空共沉积的方法制备的Au和Ag纳米颗粒粒径差别较大。对于Au和Ag纳米颗粒而言,MoO_3的厚度无法同时达到他们所需的最优值,因此,无法发挥混合纳米颗粒的最佳效果。
【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.4

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本文编号：1271452