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《西安石油大学》 2015年
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PIN型有机太阳能电池光学特性的数值模拟

张旋  
【摘要】:近年来伴随着环境恶化,太阳能作为可再生的清洁能源引起了广泛关注。特别是有机太阳能电池因其具有环境负荷低、柔性好、制备易、材料广和成本低等优势成为国内外的研究热点。有机太阳能电池由透明玻璃基底、电极和多层有机层构成。由于入射光在薄膜内部相邻各界面层的多个反射与折射,光的干涉效应对活性层光吸收影响很大,因而电池的光吸收效率与其材料组成、入射光谱、器件厚度及结构等是密不可分的。而通过光学模拟可以清楚的看出它们之间的关系且预测相关电学性能。如今,传输矩阵法作为一种简单实用的光学模拟方法已经广泛应用于有机太阳能电池的相关性能研究。本文中,基于传输矩阵模型,应用MATLAB计算软件自编程序模拟进行有机太阳能电池的光学计算。对几种典型结构的有机太阳能电池进行了光学模拟,分析了其光学性能,并得出优化的器件结构。首先模拟了小分子平面异质结有机太阳能电池在不同的入射波长、不同的给体和受体厚度时,器件内部的光电场分布,研究其对电池光学性能的影响。针对ITO/Zn Pc/C60/Al结构,有机活性层整体厚度为80nm、100nm和120nm时,Zn Pc和C60的最佳厚度比例分别为3:5、11:9和7:5。其次,分析了聚合物有机太阳能电池的体相异质结和PIN型结构,在不同有机活性层混合比和不同有机活性层厚度对有机聚合物太阳能电池光学性能的影响。针对体相异质结结构ITO/P3HT:PCBM/Ag,P3HT:PCBM混合比1.2:1的器件比1:1的器件的光强较大;有机层P3HT:PCBM(1:1)的最佳厚度是在210nm左右;加入了阴极缓冲层Ti O2之后,体相异质结器件内部的光电场分布发生变化,光会在有机太阳能电池内重新分布。对于PIN型结构ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM/n-C60/Li F/Al,本征吸收层厚度为40nm时,器件内部光电场达到最优化分布。相较于体相异质结结构,PIN型结构更优越。总之,不同波长入射时有机太阳能电池内部光电场分布不同。并且不同结构、不同的有机活性层厚度和体相异质结不同混合比都对有机太阳能电池的光学性能有很大影响,进而会影响器件效率。本文的研究为有机太阳能电池进一步提高能量转换效率提供了一定的理论参考。
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM914.4

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