利用銀納米顆粒增強(qiáng)有機(jī)光伏電池性能的研究.pdf

1、太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。有機(jī)光伏電池成本低，制備工藝簡單，柔性可折疊，對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要的意義。但是，由于有機(jī)活性層材料光吸收系數(shù)低，載流子遷移率低，造成了最佳吸收厚度(100 nm)與激子擴(kuò)散長度(10 nm)的不協(xié)調(diào)，制約了有機(jī)光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率，迫切需要通過合理的設(shè)計材料、結(jié)構(gòu)體系來解決這一問題。近年來，研究者采用了多種增強(qiáng)光吸收的方法來提高活性層材料對光的利用，進(jìn)而提高電池器件的光電轉(zhuǎn)

2、化效率。其中在器件結(jié)構(gòu)中加入金屬納米結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是對于表面等離子體激元的利用有望提高有機(jī)層的吸光率，進(jìn)一步提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　本文利用化學(xué)法制備銀納米顆粒，將其加入經(jīng)典結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏電池中，研究不同密度、不同位置的銀納米顆粒層產(chǎn)生的等離子體激元效應(yīng)的特征，及其對器件性能的影響。
　　(一)本文通過液.固.溶液法，制備得到了大量粒徑20 nm左右，分散良好、純度高的銀納米顆粒。溶液中的銀納米顆粒在425 nm左右存在一個

3、強(qiáng)的等離子共振吸收峰。當(dāng)在基片上旋涂成膜后，由于介質(zhì)介電常數(shù)的變化，共振吸收峰的峰位發(fā)生紅移，至472nm左右。旋涂多層，提高顆粒密度，能夠顯著提高共振吸收峰的強(qiáng)度。
　　(二)將銀納米顆粒加入有機(jī)光伏器件中，利用其產(chǎn)生的表面等離子體共振，增強(qiáng)光吸收和利用。為了研究銀納米顆粒膜產(chǎn)生的增強(qiáng)吸收的機(jī)理，我們在不同位置加入不同濃度的銀納米顆粒，對經(jīng)典器件進(jìn)行了三種不同的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：(1)在光入射前端添加銀納米顆粒；(2)在光入射后端添加銀

4、納米顆粒；(3)在活性層中添加銀納米顆粒。
　　本文通過系統(tǒng)分析銀納米顆粒對器件光、電性能的影響，為進(jìn)一步設(shè)計器件結(jié)構(gòu)，得到更高的光電轉(zhuǎn)化效率提供了理論和實驗依據(jù)。我們認(rèn)為，在銀納米顆粒影響光吸收過程中，需要同時考慮四種主要因素：(1)吸收增強(qiáng)是由于納米顆粒的光散射還是產(chǎn)生了等離子共振；(2)銀納米顆粒是否產(chǎn)生吸收陰影，影響了活性層的吸收；(3)銀納米顆粒的加入是否影響了電子的傳輸；(4)銀納米顆粒的加入是否對界面接觸產(chǎn)生了影響。