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在过去的二十几年中,随着新材料的开发和合成、制备工艺的改进,聚合物太阳能电池的转换效率在不断攀升。尽管如此,聚合物太阳能电池的转换效率还是明显低于硅基电池,要实现聚合物太阳能电池的商业化运用,必须进一步提高转换效率。引入金属纳米粒子(MNPs),利用其局域表面等离子体共振(LSPR)效应获得增强的局域电/磁场,从而提高器件的光吸收效率,已经被证明是改善聚合物太阳能电池性能行之有效的方法之一。在太阳能电池中,只要聚合物有源层与MNPs距离足够近(小于20 nm),就能充分利用其激发的电场,改善光吸收能力,提高光电流密度。本论文以Poly(3-hexylthiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester(P3HT:PCBM)体系的聚合物太阳能电池为基础器件,研究了几种MNPs在聚合物太阳能电池中的影响,通过优化MNPs在界面上的密度和在器件中的位置,争取最大程度地提高光吸收效率,改善器件的性能,并以此为目标,开展了一系列的研究工作。将Sm NPs引入聚合物太阳能电池作为电池的阴极缓冲层,通过蒸镀0.5 nm Sm到P3HT:PCBM表面以形成Sm NPs。利用Sm的低功函特性降低阴极的功函数,同时又利用Sm NPs所激发的LSPR和背向散射效应来增强它们周围的电/磁场,提高器件的光吸收能力。由于Sm NPs形成的不是连续的膜层,不能有效地阻隔阴极Al和活性层接触,为了避免Al原子扩散到活性层中,13 nm厚的Ca被插入到Sm NPs和Al之间,即形成了Sm/Ca双层阴极缓冲层。实验结果显示,双层阴极缓冲层的器件短路电流密度(JSC)、填充因子(FF)、以及开路电压(VOC)都获得明显改善。分别以Zn O和Mo O3作为阴极和阳极缓冲层制备了倒置结构的聚合物太阳能电池,将长径比为3.5:1的Au纳米棒(NRs)引入到器件中。Au NRs通过旋涂的方式沉积在两层Zn O之间,研究了Zn O覆盖层的厚度对器件性能的影响,并得到优化厚度为8 nm时,器件的性能提升比较显著。由于Zn O比poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)具有更高的折射率,因此相比于传统结构中将MNPs放置于PEDOT:PSS中,我们制备的等离子体器件中MNPs能激发更强的局域电/磁场,从而更有利于提高活性层的光吸收能力。制备了长径比为2.1:1的Au NRs,并包裹了2 nm超薄的Si O2壳。Au-Si O2核壳结构的NRs(Au@Si O2 NRs)通过旋涂的方式直接沉积到P3HT:PCBM后表面。由于Au@Si O2 NRs采用超薄的Si O2包裹层,既能避免Au NRs作为复合中心致使激子在其表面淬灭,又能充分利用它们激发的局域场,最大限度地改善活性层的光吸收,提高光电流密度。Au@Si O2 NRs浓度经过优化后,等离子体器件的JSC提高了约19%。在此基础上,制备了Ag NPs和Au@Si O2NRs同时掺入的双等离子体倒置结构的太阳能电池。Ag NPs通过在两层Mo O3之间蒸镀1 nm Ag得到,所激发的表面等离子体吸收峰位于517 nm,吸收谱线宽约为135 nm。Ag NPs的掺入有效地拓宽了P3HT:PCBM活性层的吸收范围,进一步提高了吸收效率,同时还能改善Mo O3的导电能力,提高电荷的提取效率。实验结果表明,双等离子体太阳能电池的JSC和FF值都获得进一步提升,能量转换效率比单等离子体器件提高了11.4%。