基于传输矩阵法的有机太阳能电池的光学计算研究

【摘要】：本文利用传输矩阵模型理论和MATLAB计算软件对不同结构的有机太阳能电池性能进行研究，优化了器件结构，获得最优器件性能，具体包括以下几个方面： 研究了体异质结有机太阳能电池的器件结构、活性层厚度、载流子传输层厚度以及不同电极对P3HT:PCBM太阳能电池光电性能的影响。计算结果表明：当器件为倒置结构，活性层P3HT:PCBM厚度为225nm时，器件光电性能最优，此时短路电流密度为15.5mA/cm2，效率为5.77%；背电极采用Ag和Al电极的器件短路电流密度相近，而使用Au电极的器件短路电流密度则会明显降低。当器件为正置结构，电子传输层TiO2可以作为光学间隔层，改变器件内部光电场的分布，增强光吸收。 研究了活性层为rubrene/C70的平面异质结太阳能电池的性能。重点研究了rubrene和C70厚度的变化对于活性层内总吸收光子数的影响，结果表明光干涉现象直接影响器件的性能，并计算出该电池最优化的活性层厚度组合。当rubrene和C70厚度分别为33nm和28nm时，器件具有最大短路电流密度。同时实验制备了rubrene和C70为活性层的电池，测试结果与理论计算结果相一致。 模拟计算了活性层为给体材料PCPDTBT、P3HT和受体材料PC60BM、PC70BM不同组合的叠层电池的短路电流密度。结果表明PC70BM比PC60BM具有更好的光学和电学性能。底电池为宽能隙半导体材料P3HT:PC70BM，顶电池为窄能隙材料PCPDTBT:PC70BM的串联电池表现出最好的电池性能。若内量子效率为1，电池的最高效率可达10.9%。 【关键词】：结构优化 光学模型 传输矩阵法 有机太阳能电池 短路电流密度 光电场强度
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 研究背景及意义7-8
• 1.2 有机太阳能电池简介8-12
• 1.2.1 有机太阳能电池工作原理8
• 1.2.2 有机太阳能电池的结构8-11
• 1.2.3 有机太阳能电池研究进展11-12
• 1.3 本论文的选题依据及主要内容12-13
• 参考文献13-15
• 2 光学传输矩阵理论模型15-24
• 2.1 传输矩阵法概述15-16
• 2.2 薄膜光学理论——传输矩阵的基础理论16
• 2.3 边界条件及反射折射16-19
• 2.4 传输矩阵的理论推导19-23
• 参考文献23-24
• 3 P3HT:PCBM体异质结太阳能电池的光学计算24-35
• 3.1 引言24
• 3.2 理论模型24-25
• 3.3 结果与讨论25-32
• 3.3.1 正置和倒置器件的探究25-30
• 3.3.2 光学间隔层（Opticalspacer）30-31
• 3.3.3 倒置器件中电极对器件性能的影响31-32
• 3.4 结论32-33
• 参考文献33-35
• 4 Rubrene/C70平面异质结太阳能电池的光学计算35-43
• 4.1 引言35
• 4.2 实验和理论部分35-37
• 4.3 结果与讨论37-41
• 4.3.1 模拟吸收光谱图37
• 4.3.2 Rubrene厚度的优化37-40
• 4.3.3 C70厚度的优化40-41
• 4.4 结论41-42
• 参考文献42-43
• 5 串联叠层太阳能电池的光学计算43-50
• 5.1 引言43
• 5.2 理论和模型43-44
• 5.3 结果与讨论44-48
• 5.4 结论48-49
• 参考文献49-50
• 6 总结与展望50-52
• 6.1 总结50-51
• 6.1.1 基于P3HT:PCBM的聚合物太阳能电池的光学计算50
• 6.1.2 Rubrne/C70平面异质结太阳能电池的光学计算50
• 6.1.3 串联叠层太阳能电池的结构优化50-51
• 6.2 展望51-52
• 硕士期间发表的论文52-53
• 致谢53

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