基于表面等離子體增強(qiáng)的有機(jī)太陽(yáng)能電池研究.pdf

1、近年來(lái)有機(jī)太陽(yáng)電池(OPVs)因有機(jī)材料來(lái)源廣泛、成本低廉、可大面積制造并且易于實(shí)現(xiàn)柔性等特點(diǎn)而備受關(guān)注。但是目前有機(jī)太陽(yáng)電池的效率仍普遍較低，其制約因素包括給體帶隙相對(duì)較寬、激子擴(kuò)散長(zhǎng)度較小、激子解離能大，以及由上述因素導(dǎo)致的光吸收范圍受限、吸收不完全等。一個(gè)非常有效的方法是利用等離子體共振效應(yīng)提升有機(jī)太陽(yáng)能電池中的光吸收。將金屬納米粒子摻雜到有機(jī)太陽(yáng)能電池中增強(qiáng)局域場(chǎng)、提高光散射，進(jìn)而促進(jìn)活性層的吸收使得有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能有了可觀

2、的提升。
　　在使用金屬納米粒子作為局域表面等離子體的過(guò)程中，如金屬納米粒子與有源層直接接觸，會(huì)導(dǎo)致激子在納米粒子表面復(fù)合，不利于電池性能的提升，因此早期研究者一般將納米粒子置于太陽(yáng)能電池的載流子提取層。隨著研究的深入，研究者們發(fā)現(xiàn)如果將納米粒子包裹一層電介質(zhì)后置于有源層中，能夠更大程度的提升有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能。然而目前對(duì)于電介質(zhì)包裹層厚度的研究報(bào)道較少。
　　本課題選取金納米棒為研究對(duì)象，在其表面包裹了一層SiO2后將其

3、引入活性層中，觀察了SiO2殼層厚度對(duì)常規(guī)OPVs（P3HT:PC61BM和PTB7:PC71BM）體系性能的影響。通過(guò)大范圍調(diào)節(jié)SiO2層的厚度(3-38 nm)，本課題發(fā)現(xiàn)超薄的SiO2包裹層可以實(shí)現(xiàn)更高的能量轉(zhuǎn)換效率，具體如下：（1）在P3HT:PC61BM體系的OPV器件中，使用3 nm SiO2包裹層的納米棒可將能量轉(zhuǎn)換效率從標(biāo)準(zhǔn)未摻雜器件的3.39％提升至4.38%，提升了29.2%；而具有14 nm和38 nm SiO2包