张叶
,
陈名
,
任静锟
,
孙钦军
人工晶体学报
金属光栅会激发表面等离子激元，促进光吸收，将金属光栅引入PTB7∶PC70BM有机太阳能电池中，通过优化金属光栅形状，可增强电池的光吸收效率。本文使用有限元方法，研究了在活性层的底部置入不同形状金属光栅，例如方形，椭圆形以及圆形，后器件的光吸收效率。研究结果发现，方形光栅可以使活性层的总吸收率从平板结构的29%提高到52.9%，提高的幅度最大，椭圆形光栅次之，提高到49%，圆形光栅提高的最小，提高到45%。
关键词:
有机太阳能电池
,
光电转换效率
,
吸收效率
,
光栅
陈名
,
张叶
,
任静琨
人工晶体学报
虽然介质包覆的金属纳米颗粒已经在试验中频繁应用到太阳能电池中,通过减少金属表面激子的猝灭和电荷的复合来提高电池性能.但是基本没有理论研究工作去解释金属颗粒的介质包覆层是如何影响器件的光学性能.本文从理论计算角度研究了二氧化硅包覆银纳米球掺杂在有机太阳能电池活性层中对活性层的光捕获的影响.研究结果表明在垂直入射的条件下,在350 nm到850 nm的波段内,加入包覆Ag纳米球的最优器件的活性层对标准太阳光谱(AM 1.5)积分后的光吸收率达到81.5％.与等效的平板结构相比,活性层的光吸收增强了9.54％.具体的场分布的分析得到光吸收增强原因主要是偶极共振、表面等离激元激发以及之间的相互耦合作用所致.经过对结构参数的研究,发现了介质包覆层越薄,增强效果越明显;包覆的介质层的折射率对光吸收性能的影响不是很明显.
关键词:
有机太阳能电池
,
金属球
,
介质包覆
,
光吸收
陈名
,
任静琨
,
张叶
人工晶体学报
研究了SiO2纳米球、Ag纳米球、SiO2@Ag核壳纳米球、Ag@SiO2核壳纳米球结构分别掺杂到有机太阳能电池的活性层中对器件活性层的光捕获能力增强作用.结果显示:相较于等效的平板结构,掺杂SiO2介质球使活性层光吸收提高了9.95%;Ag金属球则带来11.0%光吸收增强.表明在有机太阳能电池中的活性层中掺杂参数优化的金属球和介质球都能够带来活性层光吸收增强.另外,对活性层中掺杂核壳纳米球结构的研究表明:掺杂SiO2@Ag核壳纳米球的活性层光吸收随着包覆层厚度的增加而增加,当Ag壳厚度为16 nm时,增强效果与掺杂最优的介质球的效果接近,而且两者增强谱也基本相同;掺杂Ag@SiO2核壳纳米球结构中活性层光吸收随着介质包覆层厚度增加而减弱,当包覆层厚度为1 nm时,吸收效果与金属球相当,且吸收谱也是基本相同.通过在有机太阳能电池活性层中掺杂介质球、金属球以及核壳纳米球所带来的活性层光吸收增强效果的研究,为选择掺杂纳米球和核/壳纳米球来提高光捕获能力提供了指导.
关键词:
有机太阳能电池
,
光吸收增强
,
金属纳米球
,
介质纳米球
,
核壳纳米球
