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纳米结构金属的表面等离效应在有机太阳能电池中的应用                                     中文摘要  中文摘要 近年来，有机太阳能电池发展迅速，它们具有廉价、柔软、轻便等诸多优点， 是硅太阳能电池的有力挑战者，有望在未来光伏产业中扮演重要角色。目前，基 于聚合物的有机太阳能电池的转化效率更是已经超过 10%。然而，有机太阳能电 池的进一步应用仍然受到一些技术因素的制约。有机半导体中激子的扩散距离比 有机光伏电池光敏层的厚度要短得多，而且有机半导体载流子的迁移率比硅半导 体要小很多；这一固有缺陷要求我们在制作有机光伏电池时，需要选择较薄的光 敏层厚度以获取更高的能量转换效率，但随着光敏层的厚度变薄，它的光吸收也 会随之减少。 从这个制约因素出发，本论文运用真空镀膜技术和旋涂制膜技术制备基于 poly(3-hexylthiophene) : (6,6)-phenyl-C60-butyric acid methyl ester (P3HT:PCBM) 的 聚合物太阳能电池，研究了金属纳米结构表面等离子共振效应在有机太阳能电池 中的应用。具体内容如下： 1. 利用银纳米结构的表面等离子增强效应，优化设计具有金属纳米颗粒的有 机光伏电池结构，采用旋涂制膜技术和真空蒸镀技术制备了含有银纳米颗粒的空 穴传输层(PEDOT:PSS)聚合物体异质结光伏电池以确保较薄的活性层有充足的光 吸收； 2. 利用了溶液法把附着着金纳米颗粒的氧化石墨烯复合物加入到 PEDOT:PSS 阳极缓冲层中。这种利用氧化石墨烯作为模板来负载金纳米颗粒的新 方法，可以在引入等离子体效应的同时避免金纳米颗粒的团聚。实验表明，加入 了附着有金纳米颗粒的氧化石墨烯后，器件光敏层的光吸收和激子产生率都得到 了提升，使得器件的光电流和转化效率都增大了。通过对实验数据和模拟结果的 分析，器件性能提升是因为在PEDOT:PSS 与光敏层界面处金纳米颗粒局部等离子 共振效应引起的近场激发增强。通过系统的理论和实验研究分析金纳米颗粒在有 机太阳能电池中的近场增强作用和电子效应。 3. 利用化学方法合成SiO 微球，利用PEDOT:PSS 和SiO 纳米微球混合物来 2 2 制备有机太阳能电池空穴注入传输层，我们希望在不牺牲器件电学性能的前提下 I 中文摘要                                    纳米结构金属的表面等离效应在有机太阳能电池中的应用  提高 PEDOT:PSS 膜的物理性能，并且利用 SiO2 纳米小球在其中充当光学模板， 提高光在电池中的光程达到光俘获的效果，同时研究这种有机无机复合空穴传输 层对有机太阳能电池器件性能的影响。 关键词：有机太阳能电池、体异质结、表面等离子效应、Ag 、Au-GO 、SiO2 作 者：樊国强 指导老师：李艳青 教授 唐建新 教授 孙旭辉 教授 II Plasmon-enhanced polymer solar cells incorporating metal nanostructured materials Abstract Plasmon-enhanced polymer solar cells incorporating metal nanostructured materials Abstract Polymer solar cel