复合机制对有机太阳能电池性能的影响

【摘要】：可再生能源替代化石燃料成为主要能源已经成为世界发展的大趋势，近年来，有机太阳能电池得到了迅速的发展，这归因于其可实现大规模低成本制造和具有很好的柔性等特点，其中体异质结有机太阳能电池由于其在工艺上的应用已经引起了广泛的关注，借助体异质结有机太阳能电池独有的结构特点，弄清了主导有机太阳能电池整体性能的操作机制，确立了适用于该结构的短路电流、开路电压和填充因子的可靠值。本文正是基于体异质结有机太阳能电池，采用Gummel和Scharfetter的离散化方法处理泊松方程、漂移-扩散方程和连续性方程，并通过迭代求解上述三个方程从而对体异质结有机太阳能电池的电学性质和光伏特性进行详尽地研究和讨论。论文主要内容为： 1．采用电荷传输状态复合模型对OC1C10-PPV/PCBM体异质结有机太阳能电池的基本电学性质进行研究，包括稳态下短路和开路时有机层内的电势分布、电流密度分布、载流子密度分布、净产生率分布、电场分布和能级分布等。研究表明，两种情况下各物理参数在有机层内的分布具有明显的差异，同一情况下，每种物理参数必然受到其他参数的制约。 2．复合是体异质结有机太阳能电池的主要损耗机制，它直接影响着太阳能电池的诸多光伏特性，如能量转换效率、短路电流、开路电压和填充因子等。然而，目前有机材料中哪一种复合机制起主导作用尚不清楚。本工作中，我们采用现有的五种复合模型对体异质结有机太阳能电池进行仿真，包括直接复合、朗之万复合、电荷传输状态复合、陷阱复合和带尾复合等。所有的模型都明显受到迁移率变化的影响，并且在活性层中表现出类似的复合率分布状态。高迁移率情况下，随着迁移率的增大所有模型的各种特性参数均表现出相同的趋势，然而，在低迁移率情况下，陷阱复合和带尾复合模型的开路电压与其他模型存在不同之处，这是光生载流子和暗载流子相互作用的结果；郎之万复合则仍然呈对数增大，这是由于复合因子随迁移率变化而变化导致的。 【关键词】：体异质结有机太阳能电池 电学性质 光伏特性 迁移率
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 有机太阳能电池的优势10-11
• 1.2 有机和无机太阳能电池的区别11-12
• 1.3 有机太阳能电池的发展现状12-15
• 1.4 本文的工作内容15-17
• 第二章 电学模型17-29
• 2.1 有机太阳能电池的结构17-20
• 2.2 有机太阳能电池的光伏特性20-21
• 2.3 体异质结有机太阳能电池的工作原理21-22
• 2.4 基础公式22-24
• 2.5 离散化处理24-27
• 2.5.1 泊松方程离散化24-25
• 2.5.2 连续性方程离散化25-27
• 2.6 接触模型27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 体异质结有机太阳能电池的电学性质29-39
• 3.1 电荷传输状态模型29-31
• 3.2 边界条件31-32
• 3.3 结果与讨论32-38
• 3.3.1 短路器件33-36
• 3.3.2 开路器件36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 体异质结有机太阳能电池的复合模型39-54
• 4.1 复合模型39-46
• 4.1.1 直接复合和郎之万复合39-41
• 4.1.2 陷阱复合41-43
• 4.1.3 带尾复合43-46
• 4.2 结果与讨论46-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第五章 结论54-56
• 5.1 论文总结54-55
• 5.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-63
• 攻硕期间取得的研究成果63-64

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