銀的表面等離子體效應(yīng)增強有機、雜化太陽能電池的性能研究.pdf

1、在太陽能電池中引入具有表面等離子體效應(yīng)的金屬納米結(jié)構(gòu)，能夠有效地提高太陽能電池的光吸收及利用率，進一步提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。其中，銀納米材料具有共振吸收系數(shù)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易制備等優(yōu)點，受到廣泛的關(guān)注。本文研究了銀納米材料的尺寸、形貌、環(huán)境介質(zhì)等因素對其表面等離子體效應(yīng)的影響，并將其引入有機太陽能電池及有機無機雜化太陽能電池中，利用其表面等離子體增強效應(yīng)提高電池器件對光的吸收。研究工作將主要由以下三個方面來闡述:
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2、1)通過溶液法合成銀納米片(Ag Nanoprisms(AgNPs))，并制備了結(jié)構(gòu)為ITO/AgNPs/PEDOT∶PSS/P3HT∶PCBM/LiF/Al的有機太陽能電池器件。通過改變銀納米片的制備條件調(diào)節(jié)其表面等離子體共振吸收峰位。研究了銀納米片的表面等離子體共振吸收峰位變化對器件光吸收及光電轉(zhuǎn)化效率的影響。進一步通過改變PEDOT∶PSS緩沖層的厚度，研究了銀納米片等離子共振作用距離對器件效率的影響。通過優(yōu)化銀納米片表面等離子共

3、振吸收和活性層吸收的光譜匹配度以及緩沖層的厚度，使電池的光電轉(zhuǎn)換效率增強了26％。
　　(2)通過銀鏡反應(yīng)合成三維的銀納米片陣列結(jié)構(gòu)。研究了不同種子層的厚度，不同反應(yīng)時間，不同封端劑濃度對銀納米片大小，形貌和密度的影響。原位硫化得到三維銀/硫化銀納米片的結(jié)構(gòu)，控制硫化時間得到不同比例銀/硫化銀的混合結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上制備了結(jié)構(gòu)為ITO/Ag/Ag2S∶P3HT/MoO3/Ag的有機無機雜化太陽能電池。優(yōu)化制備條件后的器件開路電壓為0

4、.33 V，短路電流密度為20.40 mA/cm2，填充因子為50.21％，光電轉(zhuǎn)換效率為3.50％。該轉(zhuǎn)換效率相比于經(jīng)典器件提高了15％。器件效率提高是由于銀/硫化銀納米片結(jié)構(gòu)中的銀納米片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了等離子體效應(yīng)，其陣列結(jié)構(gòu)形成了光學(xué)微腔，增強了器件對光的吸收及利用率，同時，三維結(jié)構(gòu)有利于形成大的激子分離界面，促進了激子產(chǎn)生和激子分離，提高了太陽能電池的效率。
　　(3)在ITO上蒸鍍銀納米顆粒膜，原位硫化后得到部分硫化的納米顆粒