銀納米顆粒對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響.pdf

1、化石能源日益消耗，迫切需要發(fā)展新能源，太陽(yáng)能以其資源豐富、無(wú)需運(yùn)輸、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，受到各國(guó)的追捧。其中，太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能利用的一個(gè)重要方面。與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池相比，有機(jī)太能電池具有質(zhì)輕、工藝簡(jiǎn)單、材料來(lái)源廣泛且可塑性強(qiáng)、可加工在柔性襯底上等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)化生產(chǎn)上具有更大的應(yīng)用潛力。目前，制約有機(jī)太陽(yáng)能電池發(fā)展的主要瓶頸是能量轉(zhuǎn)化效率低，達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化的要求，因此，提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率成為各國(guó)科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。利用金屬

2、納米顆粒的表面等離子體共振效應(yīng)提高太陽(yáng)能電池的光吸收，已經(jīng)成為提高太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化效率的一種有效技術(shù)。本論文針對(duì)裸的金屬顆粒會(huì)導(dǎo)致激子淬滅、載流子復(fù)合的問(wèn)題，提出將包覆型銀納米顆粒摻雜在有機(jī)太陽(yáng)能電池中或插入隔離層將金屬顆粒與光敏層隔開(kāi)，以更有效地提高太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率。
　　本文首先合成并表征了銀納米顆粒(AgNPs)及二氧化硅包覆的銀納米顆粒(Ag@SiO2)，然后在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的P3HT∶PCBM體系太陽(yáng)能電池優(yōu)化的基礎(chǔ)上

3、，將AgNPs或Ag@SiO2引入到器件中，研究了AgNPs的局域表面等離子體共振效應(yīng)以及包覆層、隔離層對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化效率的影響，具體工作如下:
　　1、利用液相還原法制備形貌、大小可控的AgNPs，并利用TEOS水解對(duì)平均粒徑為30nm的AgNPs進(jìn)行二氧化硅包覆，通過(guò)調(diào)節(jié)酸堿度和TEOS的添加濃度，制備了包覆厚度為6～8 nm左右的核殼銀納米顆粒Ag@SiO2。
　　2、通過(guò)調(diào)整P3HT∶PCBM溶液的比例、濃

4、度，薄膜的厚度以及熱退火工藝，優(yōu)化P3HT∶PCBM體系有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能。結(jié)果表明:P3HT∶PCBM薄膜厚度為220 nm，退火溫度為120℃，退火時(shí)間為10 min時(shí)器件的能量轉(zhuǎn)換效率最高，達(dá)到2.6％。
　　3、為了比較研究，本文首先將AgNPs引入到上述優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)電池的緩沖層中，研究了不同粒徑、不同濃度AgNPs對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響。結(jié)果表明:添加30 nm AgNPs的器件性能優(yōu)于添加70 nm AgNPs的器

5、件，且添加濃度為3 mg/ml、粒徑為30 nm的AgNPs的器件能量轉(zhuǎn)化效率最高，為3.08％，相比于標(biāo)準(zhǔn)器件提高了18.5％。
　　4、在上述研究的基礎(chǔ)上，在摻雜緩沖層PEDOT∶PSS+AgNPs和光敏層P3HT∶PCBM之間引入純PEDOT∶PSS作為隔離層，研究了隔離層的厚度對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)隔離層厚度為10 nm時(shí)器件的能量轉(zhuǎn)化效率最大，達(dá)到3.15％，相比于標(biāo)準(zhǔn)器件提高21.2％，與無(wú)隔離層的A