论文部分内容阅读
有机太阳能电池（Organic solar cells,称为OSCs器件）由于其材料来源广泛,成本低廉,可制备成半透明、柔性器件,并可大面积生产等优点成为最有发展前景的可再生能源技术之一。然而,目前其光电转换效率远低于硅基太阳能电池。依据OSCs的工作原理,提高其光电转换效率可以从几个方面考虑,包括增加活性层光吸收以提高激子的产生,调制激子的传输以增加激子解离,改善载流子的传输和收集等。其中增加活性层的光吸收作为一种有效途径近年来得到了研究者的广泛关注[1-10]。有机材料的载流子迁移率普遍较低,激子的扩散长度短,因此需要在不增加活性层厚度的前提下,设计各种光捕获结构来提高OSCs活性层的光吸收。金属纳米结构可通过激发不同形式的表面等离激元共振模式,将入射光高效地捕获到近场区域,以提高活性层的光吸收。本文将二氧化硅包覆的银纳米立方体（Ag NCs@SiO2）引入OSCs的阳极缓冲层和活性层界面,研究了该光俘获结构对OSCs光电性能的影响。结果表明,Ag NCs@SiO2通过激发丰富的局域表面等离激元共振（Localized surface plasmons,简称为LSPs）,包括立方体顶角的偶极共振、边-面多级共振以及边-角多级共振),使活性层取得了350-750 nm宽带光吸收的提高。另外发现在引入Ag NCs@SiO2的过程中,所用的乙醇溶剂促进了PTB7:PCBM更好的相分离,特别是Ag NCs@SiO2的引入导致的光场的重新分布缩短了电子的传输距离,因此减少了空间电荷积累,促进了电荷的传输与收集。Ag NCs@SiO2有利的光电性能的影响使基于PTB7:PCBM体系的有机太阳能电池的平均光电转化效率达到7.84%,与不加Ag NCs@SiO2的相同结构的OSCs相比,效率提高了13.8%。