有机光伏电池物理性能的模拟

在分析有机聚合物光伏器件物理工作过程的基础上,依据光学原理和扩散理论建立了非相干光吸收模型和激子传输模型. 模拟了限制光伏效率的光学吸收和激子扩散两个主要过程,获得了薄膜厚度与光学吸收、转换效率之间的函数关系,为增强有机薄膜的光学吸收、激子分离与传输并获得高转换效率的有机光伏电池奠定理论基础. 关键词： 有机光伏电池 光学吸收 激子扩散 模拟     

共轭聚合物作为有机光电池电子受体的特性研究

以聚3-已基噻吩(P3HT)和聚对苯亚乙烯衍生物(MDMO-PPV)作为电子给体,聚 (TQ1)作为电子受体,制备并研究了聚合物给体/聚合物受体有机光伏电池性能。当给体P3HT、受体TQ1共混质量比为1∶1时,器件性能最佳。热处理会改变薄膜形貌,导致激子扩散到达界面的距离增加和激子分离界面数量下降,进而引起器件性能下降。溶剂效应对器件性能影响不明显。研究了相似能带结构给体聚合物对MDMD-PPV光电池性能的影响,发现结晶程度较低的给体材料会进一步导致器件性能降低。     

有机聚合物受体给体复合体薄膜光伏电池性能研究

提出了用一种新的有机物－聚合物复合体薄膜制备受体给体聚合物光伏电池的思路,用于克服由于激子或极化子扩散范围短而熄灭造成的电荷分离与传输效率低的缺陷.在采用对称N,N′-二苯并咪唑3,4,9,10-四羧酸二亚酰胺和聚(2,5-二十五烷氧基对－苯撑乙烯)(ROPPV)为原材料制备成复合体薄膜,对其电学、光学及用其制作的光伏电池的性能进行了讨论.结果显示了导电聚合物－有机物复合体可代表一类新的有机半导体材料用于制造光伏电池 关键词： 有机光伏电池 有机染料 共轭聚合物 异质结     

基于GaAs/InAs-GaAs/ZnSe量子点太阳电池结构的优化

基于GaAs/InAs-GaAs/ZnSe的P-i-N量子点太阳电池结构, 根据光学原理和扩散理论建立了光生电流密度与膜层厚度相关的数学模型, 定量分析了量子点层厚度等参数对太阳电池性能的影响,以期达到提高量子 点太阳电池转换效率的目的.理论模拟表明:在i层厚度取3000 nm时,优化后P(GaAs)型、N(ZnSe)型层 薄膜的最佳膜厚为1541 nm, 78 nm, 并在单一波长下太阳电池转换效率为20.1%;同时量子 点体积和温度对于量子点太阳电池I-V特性也会产生影响, 当量子点体积和温度逐渐增大时, 开路电压呈现减小趋势,使得转换效率降低.     

不同厚度的活性层及阴极的改变对聚合物太阳电池性能的影响

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene))为电子给体材料, PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C₆₁)为电子受体材料, 制成了共混体系太阳电池.研究了不同厚度活性层对太阳电池性能的影响.结果表明, 活性层厚度为100 nm时,太阳电池具有最佳性能.活性层厚度的增加,增大了光生电荷的复合,减少了太阳电池的填充因子,从而减少了太阳电 关键词： 太阳电池 厚度 电极 性能     

多环类苝四甲酸二酐插入层对ZnO纳米棒和聚合物复合太阳电池性能的影响

以ZnO纳米棒和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑](MEH-PPV)的复合体系作为光敏层制备了太阳电池.为了增大电池的光吸收,在ZnO纳米棒与MEH-PPV之间插入了有机n型小分子多环类苝四甲酸二酐(PTCDA),制备了不同厚度的PTCDA、结构为ITO/ZnO纳米棒/PTCDA/MEH-PPV/Au的太阳电池.实验发现,插入PTCDA后,电池在可见光区的吸收增强,光生激子数量增大,光电流密度增大.当蒸镀的PTCDA厚度为40 nm时,薄膜的粗糙度适中,表面形貌较为平滑,器件性 关键词： 有机太阳电池 ZnO纳米棒 聚合物     

一锅法合成四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯空穴传输材料及其在无掺杂倒置钙钛矿太阳电池的应用（英文）

本文采用一锅法合成了四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯有机空穴输运材料(D41、D42、D43和D44),制备出无掺杂的倒置型平面钙钛矿太阳电池.材料D41的芳环上含有甲基,具有供体-π-给体-π-供体结构;而D42、D43和D44具有受体-π-给体-π-受体结构,其中,芳环上分别含有氰基、氟和三氟甲基.研究表明,芳环上取代基对其分子表面电荷分布和空穴输运层薄膜形貌有显著影响,钙钛矿晶体颗粒的大小与空穴输运材料分子结构有关,含有氰基的材料D42最有利于形成较大的钙钛矿晶粒,这主要是由于吡咯并[3,2-b]吡咯结构具有丰富的电子性质的缘故.D42制备的倒置型平面钙钛矿太阳电池光电转换效率为17.3%,在黑暗条件下22天后,仍保留了初始效率的55%.吡咯并[3,2-b]吡咯结构具有良好的给电子特性,可作为高效钙钛矿薄膜的空穴传输材料.     

免光学间隔层的高效聚合物太阳能电池

使用相对聚(3乙基噻吩)(P3HT)具有更低能带结构的聚{[9-(1辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-2基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5噻吩二基}(PCDTBT)作为电子给体材料和较C60衍生物(PC60BM)具有更广光谱吸收能力的C70衍生物(PC70BM)作为电子受体材料构建共混体系活性层,制备有机聚合物太阳能电池。通过控制活性层薄膜生长速度、环境得出在N2环境中静置10min时聚合物电池达到了5.65%的高光电转换效率(PCE)。然后,通过进一步优化活性层薄膜厚度短路电流密度大幅提升至14.2mA/cm2,PCE达到5.84%。结果表明,在不使用TiOx等光学间隔层的情况下,通过控制活性层薄膜生长过程和优化活性层薄膜厚度也可以大幅增加短路电流密度,获得高的PCE。     

激子复合区厚度对有机磁效应的影响

在常规型有机发光二极管的基础上, 通过改变发光层tri-(8-hydroxyquinoline) aluminum (III) (Alq₃)厚度, 研究了激子复合区厚度对有机发光二极管磁效应的影响.测量了器件在不同温度及偏压下电致发光及注入电流在外加磁场作用下的变化, 着重研究了低温下的有机磁电导效应和有机磁电致发光效应.实验发现, 低温(50 K)高磁场 (500 mT)下, 器件表现出随Alq₃厚度的减薄, 磁电导值由正到负再到正的非单调变化.利用磁场调控的超精细相互作用、 磁场抑制的三重态激子-电荷反应以及激子在界面的淬灭效应, 对有机磁电导在低温下表现出的现象进行了定性的解释.实验结果表明, 通过改变激子复合区的厚度, 可以实现对激子浓度的有效调节, 进而实现对有机磁电导和磁电致发光效应的调节. 该研究进一步丰富了有机磁效应的实验现象, 同时提供了一种调控有机磁效应的手段. 关键词： 激子复合区 激子浓度 有机磁电导 有机磁电致发光     

化学水浴法制备大面积CdS薄膜及其光伏应用

采用化学水浴法制备了大面积CdS多晶薄膜,研究了薄膜的形貌、结构和光学性质,结果表明,大面积CdS多晶薄膜具有良好的均匀性,通过优化CdS多晶薄膜,制成了不同CdS窗口层厚度的CdTe小面积太阳电池,减薄CdS薄膜可有效提高器件的短路电流,改善器件性能.随后,在面积30cm×40cm的衬底上制备了全面积为993.6cm²的CdTe太阳电池组件,其27个集成单元的电学性质较为均匀,太阳电池组件的光电转换效率8.13%. 关键词： 化学水浴法(CBD) CdS薄膜 CdTe太阳电池 CdTe太阳电池组件     

Optical modelling of P3HT:PC<Subscript>71</Subscript>BM semi-transparent organic solar cell

The optical properties of a novel semi-transparent organic solar cell were investigated both experimentally and by transfer matrix modelling to maximize photocurrent generation. The effect of multilayer anode thickness and illumination direction was studied. Bottom illumination was shown to provide enhanced exciton generation and increased photocurrent. Changing the multilayer anode thickness also influenced the device reflectance and photocurrent generation.     

硅基有机太阳能电池光学性能分析

采用传输矩阵法的光学模型以及MATLAB软件模拟了硅基有机太阳能电池对入射光的吸收率和各层厚度的关系。模拟表明活性层对入射光的吸收率主要受其自身厚度影响,且由于微腔效应,这种结构的电池可以很大程度上优化活性层厚度;另外通过调节折射率匹配层厚度和传输层厚度也可以优化活性层对入射光的吸收率。在本文所讨论的厚度中,最佳传输层厚度为10 nm左右,最佳匹配层厚度为30 nm ZnS或者60 nm Alq₃。     

Spike in transient photocurrent of organic solar cell: Exciton dissociation at interface

The effect of exciton interfacial dissociation on transient photocurrent (TPC) in a single-layer organic solar cell is investigated within a time-dependent device model. The spike observed in TPC experiments is attributed to exciton dissociation at the electrode/organic interface. In comparison with the observed negative signal of transient photovoltage (TPV), the spike more directly reflects the charge processes at the interface. Moreover, numerical results show that the spike of TPC is sensitive to the voltage applied on the device and the hole mobility of the organic semiconductor. Further investigation on the spike by the favorable TPC technique is suggested to provide details about the exciton and carrier processes at the interface.     

晶体硅太阳电池双层电极优化分析与实验研究

相对于单层电极结构,优化的前表面双层电极能够明显减小功率损失,改善晶体硅太阳电池的电学特性．本文对晶体硅太阳电池的双层电极进行了优化分析和实验研究.通过扫描电子显微镜观测将双层电极的截面抽象为更接近于实际的半椭圆型,建立了太阳电池前表面的双层电极模型,理论分析了双层电极的电学损失和光学损失.结合丝网印刷后光诱导电镀太阳电池的实验,得到了理论和实验上的最优化光诱导电镀增厚电极厚度与丝网印刷电极宽度的关系.所得到的理论和实验结果符合良好.由于并不涉及电极制备的具体技术,双层电极理论模型普遍适用于多种类型的双层电极结构.     

The effects of InGaN layer thickness on the performance of InGaN/GaN p-i-n solar cells

InGaN/GaN p-i-n solar cells, each with an undoped In0.12Ga0.88N absorption layer, are grown on c-plane sapphire substrates by metal-organic chemical vapor deposition. The effects of the thickness and dislocation density of the absorp- tion layer on the collection efficiency of InGaN-based solar cells are analyzed, and the experimental results demonstrate that the thickness of the InGaN layer and the dislocation density significantly affect the performance. An optimized InGaN- based solar cell with a peak external quantum efficiency of 57% at a wavelength of 371 nm is reported. The full width at half maximum of the rocking curve of the （0002） InGaN layer is 180 arcsec.     

Thermal modeling and the optimized design of metal plate cooling systems for single concentrator solar cells

A metal plate cooling model for 400× single concentrator solar cells was established.The effects of the thickness and the radius of the metal plate,and the air environment on the temperature of the solar cells were analyzed in detail.It is shown that the temperature of the solar cells decreased sharply at the beginning,with the increase in the thickness of the metal plate,and then changed more smoothly.When the radius of the metal plate was 4 cm and the thickness increased to 2 mm or thicker,the temperature of the solar cell basically stabilized at about 53 C.Increasing the radius of the metal plate and the convective transfer coefficient made the temperature of the solar cell decrease remarkably.The effects of Al and Cu as the metal plate material on cooling were analyzed contrastively,and demonstrated the superiority of Al material for the cooling system.Furthermore,considering cost reduction,space holding and the stress of the system,we optimized the structural design of the metal plate.The simulated results can be referred to the design of the structure for the metal plate.Finally,a method to devise the structure of the metal plate for single concentrator solar cells was given.     

Influence of optical interference and carrier lifetime on the short circuit current density of organic bulk heterojunction solar cells

Based on simple analytical equations, short circuit current density (J_SC) of the organic bulk heterojunction solar cells has been calculated. It is found that the optical interference effect plays a very important role in the determination of J_SC; and obvious oscillatory behaviour of J_SC was observed as a function of thickness. At the same time, the influence of the carrier lifetime on J_SC also cannot be neglected. When the carrier lifetime is relatively short, J_SC only increases at the initial stage and then decreases rapidly with the increase of active layer thickness. However, for a relatively long carrier lifetime, the exciton dissociation probability must be considered, and J_SC behaves wave-like with the increase of active layer thickness. The validity of this model is confirmed by the experimental results.     

阴极功函数和激子产生率对肖特基接触单层有机太阳能电池开路电压的影响研究

运用数值方法系统研究了阴极功函数,激子产生率和温度对肖特基接触单层有机太阳能电池开路电压的影响,分析了开路电压条件下有机太阳能电池有机层内载流子和电场的分布.结果表明在阳极功函数一定时开路电压随着阴极功函数（W_c）的降低而增大,当W_c接近有机材料的最低未被占据分子轨道（LUMO）能级时开路电压不再增大而达到一个饱和值,饱和开路电压随激子产生率的提高而增大;对于给定的阳极和阴极功函数,开路电压随激子产生率的提高而增大并在激子产生率达到一 关键词： 开路电压 温度 阴极功函数 单层有机太阳能电池     

减反膜对单晶硅太阳能电池性能的影响分析

在太阳能电池效率的评价中，电池材料、掺杂浓度、扩散长度等都是比较重要的参数，合理地改变相关参数可以优化太阳能电池的性能，提高电池效率。此外，在太阳能电池表面镀一层具有减反作用的光学薄膜（简称减反膜）也是提高电池效率的重要手段。以提高电池效率为目标，对单晶硅太阳能电池的掺杂浓度和扩散长度等微观参数进行计算优化，分析了掺杂浓度和扩散长度变化对电池效率的影响。并在此基础上分析了不同类型的减反膜对于电池效率的影响，给出了最佳减反膜材料及其膜系厚度，并且结合镀膜后电池量子效率的变化验证了其准确性。结果表明，在优化电池掺杂浓度和扩散长度的基础上，选择合适的减反膜，电池效率最高可达20.35%，相比于优化前提高了8.25%。     

Optical modeling and optimization of multilayer organic photovoltaic cells

We show that the spectral position of the maxima in the exciton generation rate G in a photovoltaic cell, taking into account the spectral energy distribution in the AM1.5G solar spectrum, is determined by the absorption bands of its donor and acceptor materials. It varies slightly as the thicknesses of the layers in the cell change. Interference of light affects only the magnitude of these maxima. For a cell based on a CuPc (copper phthalocyanine)–C₆₀ (fullerene) heterojunction, the G maxima are located at 640 nm, 720 nm (absorption in CuPc) and close to 495 nm (absorption in C₆₀). The photovoltaic cell can be optimized using the ratio of the magnitudes of these maxima and their variations as layer thicknesses are varied and the exciton diffusion length is taken into account.