銀納米立方顆粒對(duì)基于PTB7-PC70BM有機(jī)太陽能電池性能的優(yōu)化研究.pdf

1、有機(jī)太陽能電池（OSCs）因其制作工藝簡(jiǎn)單、原材料豐富、輕便、柔性、可大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛關(guān)注。但與無機(jī)太陽能電池相比，其光電轉(zhuǎn)化效率偏低，主要是由于OSCs活性層的光吸收長(zhǎng)度和載流子傳輸距離之間的矛盾，限制了活性層的厚度，即活性層太厚不利于載流子的解離、傳輸和收集。因此，必須找一個(gè)方法在不增加活性層厚度的情況下，提高活性層的光吸收，以提高 OSCs的光電轉(zhuǎn)化效率。目前，最常見的方法是在OSCs中引入金屬納米結(jié)構(gòu)，尤其是摻

2、雜制備容易、光學(xué)性能易于調(diào)控的金屬納米顆粒，利用金屬納米顆粒的局域表面等離子激元共振和遠(yuǎn)場(chǎng)散射效應(yīng)來提高OSCs光捕獲，進(jìn)而改善OSCs的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　本工作選擇了目前很少被關(guān)注的二氧化硅包覆的銀納米立方顆粒（Ag NCs@SiO2）和裸露的銀納米立方顆粒（Ag NCs），將其摻雜在活性層底部，研究了對(duì)基于PTB7:PC70BM OSCs性能的影響，并對(duì)其中的物理機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)分析。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、用液相化

3、學(xué)合成法制備了Ag NCs。然后用St?ber的方法，對(duì)Ag NCs進(jìn)行了二氧化硅包覆，得到了Ag NCs@SiO2。并用紫外-可見光吸收、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和高分辨率透射電子顯微鏡對(duì)制得的銀納米顆粒進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示，Ag NCs的邊長(zhǎng)為40-50nm左右，SiO2包覆層的厚度大約為8-15nm。Ag NCs的共振吸收峰位于351 nm，384 nm和440 nm。Ag NCs@SiO2的共振吸收峰位于356nm，386 nm和4

4、51nm，相對(duì)于Ag NCs，主吸收峰紅移了11 nm。
　　2、設(shè)計(jì)并優(yōu)化了基于PTB7:PC70BM的標(biāo)準(zhǔn)OSCs和摻雜銀納米顆粒的 OSCs，并對(duì)其光伏性能及穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，摻雜 Ag NCs@SiO2和Ag NCs器件的平均光電轉(zhuǎn)換效率分別為7.84％和7.52%，與標(biāo)準(zhǔn)器件相比，分別提高了13.8%和9.13%。而且摻雜銀納米顆粒可以改善器件的穩(wěn)定性。
　　3、通過研究摻雜銀納米立方顆粒對(duì)活性層相分離的

5、影響和對(duì)激子產(chǎn)生、激子解離以及載流子遷移率的影響，詳細(xì)分析了銀納米立方顆粒對(duì)電池光伏性能的影響機(jī)理。并通過摻雜Ag NCs@SiO2和Ag NCs光伏器件性能的對(duì)比研究探明了 SiO2包覆層的作用。結(jié)果表明，摻雜銀納米立方顆粒后，提高了活性層對(duì)光的吸收能力，因而提高了激子的產(chǎn)生率；改善了活性層的相分離，因而提高了激子的解離率和載流子的傳輸和收集效率；改變了活性層內(nèi)的光場(chǎng)分布，使激子的產(chǎn)生、解離區(qū)域移向陰極，降低了遷移率較低的電子的傳輸距