金纳米颗粒在聚合物太阳能电池及量子点发光二极管中的应用

【摘要】：聚合物太阳能电池(PSC)由于具有制备工艺简单、成本低廉、柔韧性好等优点,受到科学家们的广泛关注。由于量子点具有尺寸可调谐的发光、发光线宽窄、光致发光效率高和热稳定性等特点,因此以量子点作为发光层的量子点发光二极管(QLED)是极具潜力的下一代显示和固态照明光源。但是在真正实现大规模商业化应用之前,聚合物太阳能电池和量子点发光二极管器件中还存在着诸多问题有待解决,其中效率和稳定性问题尤为关键。本论文的工作主要围绕有源层PTB7:PC71BM和P3HT:PCBM的聚合物太阳能电池的光电转换效率问题,以及Cd Se/Cd S/Zn S量子点发光二极管的发光效率问题开展研究。通过在光电器件中不同传输层掺入金属纳米颗粒,并且利用金属纳米颗粒的表面等离子效应(LSPR)有效提高PSCs和QLEDs的效率。本论文的主要创新工作可以归纳为以下三部分:(1)Au NPs/Zn O纳米结构在PTB7:PC71BM聚合物反置结构太阳能电池中的应用:在基于PTB7:PC71BM反置聚合物太阳能电池,将Au NP插入ITO电极和Zn O电子传输层之间,器件的最大光电转换效率取得改善,达到8.23%。这比标准器件的PCE高了10%以上,这种增强主要是源自短路电流(JSC)的增加。短路电流的增加可以归因于金纳米颗粒的表面等离子共振效应诱导局部电磁场增强导致聚合物太阳能电池光吸收增强。在该器件中使用Zn O作为电子传输层,它具有较高的电子迁移率,这有利于电子提取,并且作为阴极缓冲层可避免有源层直接与电极或金属纳米颗粒接触,从而抑制界面的激子淬灭。(2)双Au纳米颗粒结构在P3HT:PCBM聚合物反置结构太阳能电池中的应用:将真空蒸镀的Au NDs引入到金属电极附近的Mo O3层中形成Mo O3/Au NDs/Mo O3夹层结构,并用此增加P3HT:PCBM聚合物反置太阳能电池的光吸收。与标准器件相比,光电流有了明显增强,器件的转换效率显著增强。研究表明器件性能的提高主要是由于Au NPs的背散射效应使活性层中的光程增长,从而有利于载流子的传输和电荷的分离,进而改善了太阳能电池的器件性能。除了真空蒸镀5nm Au NDs在Mo O3中,还将Au NPs插入ITO电极和Zn O电子传输层之间形成双Au纳米结构。与标准器件相比,掺入5 nm Au NDs和20 nm Au NDs的双LSPR器件的PCE由2.9%增加到3.65%,提高了17%。Au NPs插入到Zn O层下引起了等离子共振效应诱导局部电磁场增强,同样也提高聚合物太阳能电池中光收集。(3)Au NPs/PEDOT:PSS纳米结构在Cd Se/Cd S/Zn S量子点发光二极管中的应用:首先组装并优化了基于Cd Se/Cd S/Zn S量子点的红色发光二极管,标准器件采用的结构如下:ITO/PEDOT:PSS/TFB/QDs/Zn O/Ag。通过将Au NPs插入ITO电极和PEDOT:PSS空穴传输层之间,形成Au NPs/PEDOT:PSS结构并应用到上述QLED器件中,并研究Au NPs对QLED器件的发光效率的影响。发现这一影响主要源于发光层中激子与金属表面等离子体激元之间的能量传递。 【关键词】：聚合物太阳能电池 量子点发光二极管 金纳米颗粒 表面等离子共振效应
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4;TN312.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 聚合物太阳能电池及量子点发光二极管研究背景11-16
• 1.1.1 聚合物太阳能电池的发展现状11-13
• 1.1.2 量子点电致发光器件发展现状13-16
• 1.2 聚合物太阳能电池及量子点发光二极管的工作原理和基本参数16-21
• 1.2.1 聚合物太阳能电池工作原理及基本参数16-18
• 1.2.2 量子点电致发光器件工作原理及基本参数18-21
• 1.3 金属表面等离子共振21-24
• 1.3.1 金属表面等离子体共振简介21-23
• 1.3.2 表面等离子体共振效应在聚合物太阳能电池中的应用23-24
• 1.3.3 表面等离子体共振效应在量子点发光二极管中的应用24
• 1.4 目前存在的问题24-25
• 1.5 本论文研究的目的、思路及内容25-27
• 1.5.1 本论文研究的目的及思路25
• 1.5.2 本论文的主要内容25-27
• 参考文献27-31
• 第二章 溶液法合成Au纳米颗粒在PTB7:PC_(71)BM反置聚合物太阳能电池中的应用31-45
• 2.1 引言31-32
• 2.2 Au纳米颗粒的合成32-33
• 2.2.1 试剂和仪器32
• 2.2.2 实验过程32
• 2.2.3 金纳米球形颗粒的形貌及光吸收32-33
• 2.3 器件制备33-35
• 2.3.1 实验材料33-34
• 2.3.2 实验仪器34-35
• 2.3.3 器件的制备35
• 2.4 结果与讨论35-40
• 2.5 本章小结40-41
• 参考文献41-45
• 第三章 双Au纳米结构在P3HT:PCBM反置聚合物太阳能电池中的应用45-55
• 3.1 引言45-46
• 3.2 器件制备46-48
• 3.2.1 实验材料46-47
• 3.2.2 实验设备47
• 3.2.3 器件组装过程47-48
• 3.3 结论与讨论48-52
• 3.4 本章小结52-53
• 参考文献53-55
• 第四章 溶液法合成Au纳米颗粒在基于CdSe/CdS/ZnS量子点发光二极管中的应用55-67
• 4.1 引言55-56
• 4.2 ZnO的合成56-57
• 4.2.1 实验试剂56
• 4.2.2 实验仪器及表征仪器56
• 4.2.3 实验步骤56-57
• 4.2.4 ZnO纳米颗粒的形貌和光吸收57
• 4.3 QLED器件制备57-59
• 4.3.1 实验材料57-58
• 4.3.2 实验仪器58
• 4.3.3 器件组装58-59
• 4.4 结果与讨论59-63
• 4.4.1 QDs的形貌和光吸收59-60
• 4.4.2 Au NPs在QLED中的应用60-63
• 4.5 本章小结63-65
• 参考文献65-67
• 总结67-69
• 攻读硕士学位期间的科研成果69-71
• 致谢71-72

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