有機光伏電池中金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元效應(yīng)研究.pdf

1、近年來，有機太陽能電池發(fā)展迅速，它們具有廉價、柔軟、輕便等諸多優(yōu)點，是硅太陽能電池的有力挑戰(zhàn)者，有望在未來光伏產(chǎn)業(yè)中扮演重要角色。然而，有機太陽能電池的進一步應(yīng)用仍然受到一些技術(shù)因素的制約。首先，有機半導(dǎo)體中激子擴散長度比有機光伏電池活性層厚度短得多，且有機半導(dǎo)體載流子遷移率比硅半導(dǎo)體也小不少；這一固有缺陷要求有機光伏電池具有較薄的活性層以獲取更高的能量轉(zhuǎn)換效率,但隨著活性層變薄，其光吸收也隨之減少。其次，有機太陽能電池的透明電極材料通

2、常是氧化銦錫，這種材料成本較高，且不適合于制造柔性光伏器件。
　　從這兩個制約因素出發(fā)，本文研究了金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離激元效應(yīng)在有機太陽能電池中的應(yīng)用。一方面，利用金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元增強效應(yīng)，通過時域有限差分電磁模型優(yōu)化設(shè)計具有金屬納米顆粒的有機光伏電池結(jié)構(gòu)，采用電子束蒸發(fā)和溶液混溶的方法制備復(fù)合金屬納米顆粒的聚合物體異質(zhì)結(jié)光伏電池以確保較薄的活性層有充足的光吸收；通過系統(tǒng)的理論和實驗研究分析金屬納米顆粒在有機太陽能電池中

3、的近場增強作用和電子效應(yīng)。另一方面，通過對聚苯乙烯納米球掩模技術(shù)的拓展，制備同樣具有表面等離激元效應(yīng)的金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜，重點研究了金屬納米多孔結(jié)構(gòu)的光傳輸特性；通過簡易的工藝手段操控金屬納米多孔薄膜的幾何參數(shù)，調(diào)節(jié)薄膜的光學(xué)特性，成功制備了金屬納米網(wǎng)薄膜透明電極，并將其集成到聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，獲得的光伏器件能量轉(zhuǎn)換效率達到3.12％，接近以氧化銦錫為透明電極的參照器件水平。
　　本論文的創(chuàng)新性在于深入研究金屬納米結(jié)構(gòu)在有