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有机光伏器件(Organic photovoltaic devices,OPV)由于具有绿色环保、轻薄、制造成本低、柔性等众多特点,将来有望成为下一代太阳能光伏设备。然而,单结OPV中有源层的厚度通常较薄,使得OPV光吸收效率低,通过在OPV中引入不同形貌的微结构,可以有效提升OPV的光电转换效率。例如:在OPV中引入微米周期的光栅结构,利用光散射作用可有效增加OPV的光电转换效率;通过在OPV中引入纳米尺度周期金属光栅结构或是金属纳米粒子,利用光栅诱导金属表面的表面等离子体场增强效应,可有效增加OPV的光吸收效率。本论文的研究内容主要围绕OPV光电转换效率低的问题,通过在OPV中引入微纳米复合结构,利用微米光栅的散射作用以及纳米光栅诱导金属电极表面的表面等离子体场增强效应的双重机制来提高OPV的光电转换效率。同时,通过在叠层OPV中引入合金纳米粒子作为连接两个子电池的中间层,降低阴极缓冲层与中间层的势垒,有效增加了OPV的光电转换效率。论文主要内容包括以下几个方面:1.基于光刻技术与双光束干涉技术制备不同形貌的周期性微纳米结构基于传统光刻技术,选用SU-8负性光刻胶作为加工原料,利用经过图案设计的光刻版作为掩膜工具,制备了周期不同的一维条形光栅结构及棋盘光栅结构;利用无掩膜激光双光束干涉技术,制备了类余弦型光栅结构;同时我们利用光刻技术与激光双光束干技术相结合的方法,对光刻胶进行一次涂膜连续两次曝光,成功了制备微纳米复合结构。2.微纳米复合光栅结构提高有机薄膜太阳能电池的光电转换效率通过金属-有机物多源气相沉积系统,我们在具有微、纳米结构的光栅衬底上制备了OPV。分析实验结果得到,OPV中引入微米周期条形光栅结构后,通过光栅的散射作用有效提高了OPV的光吸收效率,与平面结构OPV相比,具有微米条形光栅结构的OPV的光电转换效率提高了7.08%。OPV中引入纳米周期类余弦光栅结构之后,激发了具有光栅结构的金属电极与有源层界面的表面等离子体。利用表面等离子的场增强效应有效提高了OPV的光吸收效率,与平面结构OPV相比,具有纳米周期类余弦结构的OPV的光电转换效率提升了9.7%。基于微纳米复合光栅结构的OPV,兼顾了微米周期条形光栅的散射作用以及纳米周期类余弦光栅诱导金属电极表面的表面等离子体场增强效应的双重机制,有效提高OPV的光吸收效率,与平面结构OPV相比,具有微纳米复合结构光栅结构的OPV的光电转换效率提升了13.6%。3.低功函数合金纳米粒子作为中间层提高叠层OPV光电转换效率我们在叠层OPV中用低功函数的Ca-Ag、Mg-Ag、Al-Ag合金纳米粒子取代传统的Ag纳米粒子作为连接子电池的中间层。分析实验结果得到,低功函数的合金纳米粒子中间层可有效降低阴极修饰层与传统Ag纳米粒子中间层之间的势垒,从而降低叠层OPV的串联电阻。与采用传统Ag粒子作为中间层的平面异质结叠层OPV相比,采用Mg-Ag合金纳米粒子作为中间层的平面异质结叠层OPV的光电转换效率提升了7.5%。