倒置结构有机太阳能电池的设计与性能研究

【摘要】：有机太阳能电池是当前开发利用太阳能领域的热门研究之一。但目前有机太阳能电池转换效率还较低。因此对有机太阳能电池进行理论研究能有助于进一步了解器件的工作机理，以便寻找更加有效的途径提升电池器件的效率。 本论文基于较完善的有机薄膜太阳能电池光学理论和电学理论模型，介绍了相关的数值方法，以及具体的数值处理过程，并利用MATLAB仿真软件编写了器件的光学性能和电学性能仿真模块。 通过光学仿真模块，探讨了不同活性层厚度下倒置结构器件的光学性能。同时，利用多层高反射膜构成一种陷光结构，并模拟分析了多层高反射膜的反射率特性以确定选用层数。此外，模拟了镀有7层高反射膜的倒置结构器件光电场及激子产生总数分布，分析了器件的光学性能。 验证了电学仿真模块，并在此基础上，模拟了器件在短路和开路两种情况下的内部参数分布等。进一步分析了活性层厚度、载流子迁移率和激子产生速率等参数对器件性能的影响，阐述了器件性能与器件内部参数之间的数值关系。 本文基于理论模型建立仿真模块，对倒置结构有机太阳能电池的光学性能与电学性能进行了模拟研究，对研究器件工作机理和性能优化途径具有一定的指导意义。 【关键词】：倒置结构有机太阳能电池 光学理论模型 电学理论模型 数值仿真
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 引言8-10
• 1.2 有机太阳能电池的发展历程10-11
• 1.3 有机太阳能电池的工作原理11-12
• 1.4 有机太阳能电池的结构类型12-16
• 1.4.1 肖特基型有机太阳能电池12-13
• 1.4.2 双层异质结有机太阳能电池13
• 1.4.3 本体异质结型有机太阳能电池13-14
• 1.4.4 倒置结构型有机太阳能电池14-15
• 1.4.5 级联结构型有机太阳能电池15-16
• 1.5 有机太阳能电池的主要特征参数16-18
• 1.5.1 开路电压16-17
• 1.5.2 短路电流17
• 1.5.3 填充因子17
• 1.5.4 能量转换效率17-18
• 1.5.5 外量子效率18
• 1.6 有机太阳能电池的理论研究18-19
• 1.6.1 有机太阳能电池理论研究的意义18
• 1.6.2 有机太阳能电池的理论研究现状18-19
• 1.7 本论文的研究内容和结构19-21
• 第二章 有机太阳能电池的理论模型及数值方法21-35
• 2.1 有机太阳能电池的光学模型21-24
• 2.2 体异质结有机太阳能电池的电学模型24-27
• 2.2.1 基本方程24-25
• 2.2.2 载流子的产生和复合25-27
• 2.3 数值方法27-28
• 2.3.1 有限差分法27-28
• 2.3.2 牛顿迭代法28
• 2.4 电学模型的数值方法求解过程28-33
• 2.4.1 离散化处理28-30
• 2.4.2 非耦合法的迭代求解30-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 倒置结构有机太阳能电池的光学性能研究35-44
• 3.1 有机太阳能电池的陷光结构及原理35-36
• 3.2 多层高反射膜的结构和反射特性36-38
• 3.3 倒置结构有机太阳能电池的仿真模型38-39
• 3.4 活性层厚度对器件内光电场分布的影响39-40
• 3.5 镀多层高反射膜对器件光学性能的影响40-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第四章 基于 P3HT:PCBM 倒置结构器件的电学性能研究44-51
• 4.1 倒置结构器件的仿真模型44-46
• 4.2 电池器件短路情形下的内部参数分布46-48
• 4.3 电池器件开路情形下的内部参数分布48-49
• 4.4 电池器件的 J-V 特性曲线49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 重要参数对器件性能的影响研究51-60
• 5.1 活性层厚度对器件性能的影响51-54
• 5.2 载流子迁移率对器件性能的影响研究54-56
• 5.3 激子产生速率 G 对器件性能的影响研究56-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 不足之处与展望61-62
• 参考文献62-66
• 附录1 程序清单66-67
• 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文67-68
• 致谢68

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