基于金属纳米颗粒等离子体增强有机聚合物太阳能电池光吸收特性的研究
有机聚合物太阳能电池(Organic Solar Cell,OSC)作为新一代光伏器件，以工艺简便、低能耗、低成本、大面积制备等独特的优势，在近年来受到研究者的广泛关注。然而OSC如今的发展却遭遇瓶颈:光伏材料载流子的低迁移率迫使OSC的活性层厚度需要尽可能减小以满足光生载流子有效收集的要求，而较薄的吸收层则会导致OSC光吸收损失严重及器件性能的下降。于是如何在满足载流子有效收集的前提下增强OSC的光吸收率成为目前的研究热点. 金属表面等离子体(surface plasmon，是目前纳米光子学中最引人注目的应用研究方向;借助于金属纳米结构，它可以将电磁场高度局域在纳米尺度的范围之内，使得光近场区域场强得到大幅度的提高;利用局域表面等离子体(LSP)的场局域作用，可以将发散的电磁能量高度汇聚在金属纳米结构的近场区域。基于这一特性，本文借助有限元法，建立了金属纳米颗粒增效的有机聚合物太阳能电池结构结构模型，系统研究了球形、立方体金属纳米颗粒对OSC光吸收因素的影响。首先对金属纳米颗粒引入OSC不同功能层中(活性层和缓冲层)的效果进行对比并深入分析，确定金属纳米颗粒在OSC中的引入位置:其次探讨球形、立方体金属纳米颗粒引入所在功能层中的LSP规律，结合理论模型，建立金属纳米颗粒结构参量(尺寸、阵列周期)的优化设计方法。 结果表明，金属纳米颗粒置于有机聚合物太阳能电池活动层中的吸收增强高于其在缓冲层的增强，金属纳米颗粒位于不同功能层激发LSPR的局域场分布;在活动层中引入金属纳米颗粒时,立方体金属纳米颗粒对有机聚合物太阳能电池的增强效果高于球形金属纳米颗粒:金属纳米颗粒阵列通过增加光子入射，可以提高光电材料的吸收效率;局域表面等离子体效应使得光场强度局域增大，一方面可以激发更多的电子空穴对分离，提高电子空穴对的分离率，另一方面，还能够伸得分离的电子空穴获得更大的能量，复合变得相对困难，到达电池电极的到达率得到提高。
有机聚合物太阳能电池 金属纳米颗粒 等离子体 光吸收特性
单锋 朱圣清 苏丹 张晓阳 张彤
东南大学电子科学与工程学院,南京,210096;东南大学苏州研究院苏州市金属纳米光电技术重点实验室,苏州,215123 微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室,南京,210096;东南大学苏州研究院苏州市金属纳米光电技术重点实验室,苏州,215123 东南大学电子科学与工程学院,南京,210096;微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室,南京,210096;东南大学苏州研究院苏州市金属纳米光电技术重点实验室,苏州,215123
国内会议
南京
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52-53
2014-10-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）