金納米顆粒對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池性能影響的研究.pdf

1、有機(jī)太陽(yáng)能電池以其材料和可卷對(duì)卷工業(yè)制造的雙重優(yōu)勢(shì)逐漸成為了光伏技術(shù)領(lǐng)域的新生力量。最新研究進(jìn)展表明，有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)被提升至12％左右，同時(shí)低成本投入的有機(jī)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化制造已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)。有機(jī)太陽(yáng)能電池的潛在應(yīng)用包括太陽(yáng)能發(fā)電廠，便攜式電子設(shè)備，半透明太陽(yáng)能電池窗戶，建筑物或者公共設(shè)施等領(lǐng)域。
　　由于有機(jī)半導(dǎo)體相對(duì)較短的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度以及較低的載流子遷移率，有機(jī)太陽(yáng)能電池中的活性層厚度被限制在100nm左右。這

2、大大降低了光吸收的效率，由此導(dǎo)致的光生激子損耗使得薄膜有機(jī)太陽(yáng)能電池的應(yīng)用受到限制。在有機(jī)太陽(yáng)能電池中，一種可行的方案是盡可能的提高活性層的光吸收，迄今為止，利用不同光捕獲方法提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的光吸收已被廣泛報(bào)道，其中包括抗反射涂層、光子晶體及表面等離子體納米結(jié)構(gòu)的使用。表面等離子體納米結(jié)構(gòu)通過(guò)局域表面等離子體共振效應(yīng)引起近場(chǎng)增強(qiáng)成為了提高太陽(yáng)能電池光吸收的有效途徑?？蓱?yīng)用于光捕獲的表面等離子體結(jié)構(gòu)分為兩類:納米光柵和納米顆粒。表面等

3、離子體光柵需要復(fù)雜的納米制造技術(shù)來(lái)生成周期性的結(jié)構(gòu)，對(duì)于投入成本而言是個(gè)很大的挑戰(zhàn)，而表面等離子體納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)低成本的方法進(jìn)行合成，使其成為有機(jī)太陽(yáng)能電池中光捕獲結(jié)構(gòu)的較佳選擇。
　　在本工作中，我們通過(guò)在有機(jī)太陽(yáng)能電池的空穴傳輸層和活性層界面引入二氧化硅包覆的金納米棒顆粒，利用表面等離子體共振效應(yīng)使電池性能得到了顯著提高。二氧化硅外殼防止了金納米棒在乙醇溶液中的團(tuán)聚以及金納米棒表面嚴(yán)重電荷復(fù)合的發(fā)生，否則金納米棒在界面位置的

4、直接引入將會(huì)導(dǎo)致開(kāi)路電壓的大幅度降低。研究表明，二氧化硅包覆金納米棒的引入保證了開(kāi)路電壓的穩(wěn)定，同時(shí)增大了有機(jī)太陽(yáng)能電池的短路電流，能量轉(zhuǎn)換效率較標(biāo)準(zhǔn)器件提高了11％。針對(duì)二氧化硅包覆金納米棒顆粒對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池性能提升的機(jī)制，本論文利用形貌、光學(xué)、電學(xué)以及理論模擬進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。研究發(fā)現(xiàn)，寬譜帶的光吸收增強(qiáng)導(dǎo)致了活性層中激子產(chǎn)生的增多，這是導(dǎo)致短路電流密度提高的主要因素。模擬結(jié)果表明單個(gè)的金納米棒顆粒所激發(fā)的橫向及縱向表面等離子體共