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微纳光栅结构增强聚合物太阳能电池光吸收的研究

李国龙 李进

微纳光栅结构增强聚合物太阳能电池光吸收的研究

李国龙, 李进
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  • 基于共轭聚合物给体材料P3HT和富勒烯衍生物受体材料PCBM共混的体异质结结构的聚合物太阳能电池, 因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度,从而影响了器件对入射光的吸收. 在聚合物功能层表面引入微纳光栅结构可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收. 本文基于时域有限差分方法仿真得到了光栅周期为1 μ,占空比为0.5以及入射波长分别为500和700 nm 时二维器件内光电场分布;并基于严格耦合波分析方法计算得到了不同光栅深度和光栅占空比的器件光吸收. 理论分析表明:插入微纳光栅结构后,由于光栅衍射增强作用使器件内出现了光聚焦现象;当占空比为0.5时, 光栅深度为10 nm的器件在入射波长为512 nm时,器件光学吸收增加了4.2%. 基于聚二甲基硅氧烷的微压印技术,制备了微纳光栅结构聚合物太阳能,器件结构为 ITO/PEDOT:PSS光栅层/P3HT:PCBM/LiF/Al.该器件与平板器件的性能对比实验证实, 通过在PEDOT:PSS上引入微纳光栅结构,器件能量转化效率增加了31%.
    • 基金项目: 宁夏科技支撑项目资助的课题.
    [1]

    Li G, Shrotriya V, Huang J S, Yao Y, Moriarty T, Emery K, Yang Y 2005 Nature Mater. 4 864

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    [3]

    Dou L, You J, Yang J, Chen C C, He Y, Murase S, Moriarty T, Emery K, Li G, Yang Y 2012 Nature Photonics 6 180

    [4]

    He Z, Zhong C, Huang X, Wong W Y, Wu H, Chen L, Su S, Cao Y 2011 Adv. Mater. 23 4636

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    Huo L J, Zhang S Q, Guo X, Xu F, Li Y F, Hou J H 2011 Angew. Chem. Int. Ed. 50 9697

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    Armbruster O, Lungenschmied C, Bauer S 2011 Phys. Rev. B 84 085208

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    Chen M X, Nilsson D, Kugler T, Berggren M, Remonen T 2002 Appl. Phys. Lett. 81 2011

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    Wang J Z, Gu J, Zenhausern F, Sirringhaus H 2006 Appl. Phys. Lett. 88 133502

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    Roman L S, Inganäs O, Granlund T, Nyberg T, Svensson M, Andersson M R, Hummelen J C 2000 Adv. Mater. 12 189

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    Nilsson D, Chen M X, Kugler T, Remonen T, Armgarth M, Berggren M 2002 Adv. Mater. 14 51

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    Boroumand F A, Fry P W, Lidzey D G 2005 Nano Lett. 5 67

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    Hohnholz D, Okuzaki H, MacDiarmid A G 2005 Adv. Func. Mater. 15 51

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    Lang U, Rust P, Dual J 2008 Microelectron. Eng. 85 1050

    [19]

    Halik M, Klauk H, Zschieschang U, Kriem T, Schmid G, Radlik W, Wussow K 2002 Appl. Phys. Lett. 81 289

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    Kang K S, Lim H K, Cho K Y, Han K J, Kim J 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 012003

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    Liu X C, Chakraborty A, Parthasarathib G, Luo C 2007 Proc. SPIE 6556 655602

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    [5] 李国龙, 何力军, 李进, 李学生, 梁森, 高忙忙, 袁海雯. 纳米银增强聚合物太阳能电池光吸收的研究. 物理学报, 2013, 62(19): 197202. doi: 10.7498/aps.62.197202
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    [7] 洪亮, 杨陈楹, 沈伟东, 叶辉, 章岳光, 刘旭. 基于亚波长二维光栅的入射角不敏感颜色滤光片研究. 物理学报, 2013, 62(6): 064204. doi: 10.7498/aps.62.064204
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    [9] 黄卓寅, 李国龙, 李衎, 甄红宇, 沈伟东, 刘向东, 刘旭. 基于透射率曲线确定聚合物太阳能电池功能层的光学常数和厚度. 物理学报, 2012, 61(4): 048801. doi: 10.7498/aps.61.048801
    [10] 刘志方, 赵谡玲, 徐征, 杨倩倩, 赵玲, 刘志民, 陈海涛, 杨一帆, 高松, 徐叙瑢. 利用Ag2O/PEDOT:PSS复合缓冲层提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池器件性能的研究. 物理学报, 2014, 63(6): 068402. doi: 10.7498/aps.63.068402
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-04-16
  • 修回日期:  2012-05-07
  • 刊出日期:  2012-10-20

微纳光栅结构增强聚合物太阳能电池光吸收的研究

  • 1. 宁夏大学宁夏光伏材料重点实验室, 银川 750021
    基金项目: 

    宁夏科技支撑项目资助的课题.

摘要: 基于共轭聚合物给体材料P3HT和富勒烯衍生物受体材料PCBM共混的体异质结结构的聚合物太阳能电池, 因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度,从而影响了器件对入射光的吸收. 在聚合物功能层表面引入微纳光栅结构可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收. 本文基于时域有限差分方法仿真得到了光栅周期为1 μ,占空比为0.5以及入射波长分别为500和700 nm 时二维器件内光电场分布;并基于严格耦合波分析方法计算得到了不同光栅深度和光栅占空比的器件光吸收. 理论分析表明:插入微纳光栅结构后,由于光栅衍射增强作用使器件内出现了光聚焦现象;当占空比为0.5时, 光栅深度为10 nm的器件在入射波长为512 nm时,器件光学吸收增加了4.2%. 基于聚二甲基硅氧烷的微压印技术,制备了微纳光栅结构聚合物太阳能,器件结构为 ITO/PEDOT:PSS光栅层/P3HT:PCBM/LiF/Al.该器件与平板器件的性能对比实验证实, 通过在PEDOT:PSS上引入微纳光栅结构,器件能量转化效率增加了31%.

English Abstract

参考文献 (27)

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