金納米顆粒等離激元增強(qiáng)聚合物太陽電池.pdf

1、本文圍繞金納米顆粒增強(qiáng)聚3-己基噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物混合體系太陽電池光伏性能展開研究，主要內(nèi)容分為三個(gè)部分:首先利用液相化學(xué)兩步合成法與脈沖激光照射法制備了金納米棒、金納米球溶膠和以ITO為基底的金納米團(tuán)簇，對得到的三種金納米顆粒進(jìn)行了表征和分析;然后將金納米棒、金納米球溶膠分別摻入到器件中增強(qiáng)P3HT∶PCBM太陽電池光伏性能，將以ITO為基底的金納米團(tuán)簇制備成P3HT∶ICBA太陽電池，并對增強(qiáng)效果進(jìn)行討論;最后采用瞬態(tài)光

2、電流測試方法對兩種金納米球增強(qiáng)性能的器件和參考器件進(jìn)行了分析，并討論了金納米球?qū)d流子俘獲/釋放過程的影響。主要研究內(nèi)容包括：
　?、爬靡合嗷瘜W(xué)合成法制備了金納米棒和金納米球的溶膠;利用不同強(qiáng)度的脈沖激光對以ITO為基底的金納米薄膜照射處理，得到了不同平均粒徑的金納米團(tuán)簇。通過液相化學(xué)兩步合成法，首先合成了金納米種子，然后分別得到了長寬比為5∶1、長度為50nm的金納米棒和平均粒徑為50nm的金納米球。經(jīng)紫外可見消光光譜分析，金

3、納米棒和金納米球分別在紫外可見光區(qū)域內(nèi)展現(xiàn)出了特有的雙共振吸收峰。利用波長為355 nm、脈寬為5 ns的脈沖激光對蒸鍍在ITO基底上的金納米薄膜進(jìn)行照射，得到了分布均勻、平均粒徑分別為11.3 nm、15.2 nm和25.3nm的金納米團(tuán)簇。通過掃描電鏡、原子力顯微鏡和紫外可見消光光譜儀的表征，展示了不同厚度的金納米薄膜在不同強(qiáng)度脈沖激光照射下表面形貌和光學(xué)性質(zhì)的變化過程。金納米團(tuán)簇形成的機(jī)理是反潤濕現(xiàn)象和融化、聚集及冷卻的過程。對金

4、納米薄膜在脈沖激光照射后瞬間溫度的變化進(jìn)行了估算，發(fā)現(xiàn)三種厚度的金膜在受到高強(qiáng)度脈沖激光照射后瞬間溫度變化均超過了宏觀尺度下金的熔點(diǎn)。
　?、茖⒌玫降慕鸺{米棒、金納米球溶膠和金納米團(tuán)簇，加入到聚合物太陽電池ITO修飾層中和其與活性層之間，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)加入金納米結(jié)構(gòu)可使器件的短路電流和能量轉(zhuǎn)換效率得到提高。加入到PEDOT∶PSS層與活性層之間的金納米棒增強(qiáng)了器件對光的吸收和散射，實(shí)驗(yàn)器件受到了金納米棒的局域表面等離激元共振(LSPR)

5、效應(yīng)和散射效應(yīng)的作用，其外量子效率分別在500-670 nm和370-410 nm區(qū)域內(nèi)得到了增強(qiáng)。相對于參考器件，實(shí)驗(yàn)器件的短路電流和能量轉(zhuǎn)換效率分別提高了9.1％和7.6％。將金納米球溶膠分別混入PEDOT∶ PSS和乙醇當(dāng)中，制備了三種不同的摻入金納米球的光伏器件。相對于參考器件，這三種器件的短路電流均得到提高，能量轉(zhuǎn)換效率最大相對提高了7.7％。將以ITO為基底的金納米團(tuán)簇制備成P3HT∶ ICBA太陽電池，加入金納米團(tuán)簇平均直

6、徑為25 nm的器件的短路電流和能量轉(zhuǎn)換效率分別提高了7.7％和7.5％。
　　⑶利用瞬態(tài)光電流測試方法對兩種金納米球增強(qiáng)性能的器件和參考器件進(jìn)行了分析，并討論了金納米球?qū)d流子俘獲/釋放過程的影響。證實(shí)了金納米球的LSPR效應(yīng)和散射作用可以增加光生載流子，但是光生載流子傳輸受到活性層中束縛電荷的影響，使器件的短路電流受到限制，該影響導(dǎo)致金納米球的增強(qiáng)效果大大減弱。計(jì)算了瞬態(tài)光照結(jié)束之后釋放的電量，發(fā)現(xiàn)帶有金納米球的兩種器件在三種