銀的表面等離子體效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)、雜化太陽(yáng)能電池的性能研究.pdf

1、在太陽(yáng)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(yáng)能電池的光吸收及利用率，進(jìn)一步提高太陽(yáng)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(diǎn)，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(duì)其表面等離子體效應(yīng)的影響，并將其引入有機(jī)太陽(yáng)能電池及有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池中，利用其表面等離子體增強(qiáng)效應(yīng)提高電池器件對(duì)光的吸收。研究工作將主要由以下三個(gè)方面來(lái)闡述:
　　(

2、1)通過(guò)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(jī)太陽(yáng)能電池器件。通過(guò)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(duì)器件光吸收及光電轉(zhuǎn)化效率的影響。進(jìn)一步通過(guò)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(duì)器件效率的影響。通過(guò)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(qiáng)了26％。
　　(2)通過(guò)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(shí)間，不同封端劑濃度對(duì)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(shí)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(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池。優(yōu)化制備條件后的器件開(kāi)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(qiáng)了器件對(duì)光的吸收及利用率，同時(shí)，三維結(jié)構(gòu)有利于形成大的激子分離界面，促進(jìn)了激子產(chǎn)生和激子分離，提高了太陽(yáng)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