微纳光栅结构增强聚合物太阳能电池光吸收的研究

来源 :物理学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunjun
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基于共轭聚合物给体材料P3HT和富勒烯衍生物受体材料PCBM共混的体异质结结构的聚合物太阳能电池,因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度,从而影响了器件对入射光的吸收.在聚合物功能层表面引入微纳光栅结构可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收.本文基于时域有限差分方法仿真得到了光栅周期为1μm,占空比为0.5以及入射波长分别为500和700 nm时二维器件内光电场分布;并基于严格耦合波分析方法计算得到了不同光栅深度和光栅占空比的器件光吸收.理论分析表明:插入微纳光栅结构后,由于光栅衍射增强作用使器件内出现了光聚焦现象;当占空比为0.5时,光栅深度为10 nm的器件在入射波长为512 nm时,器件光学吸收增加了4.2%.基于聚二甲基硅氧烷的微压印技术,制备了微纳光栅结构聚合物太阳能,器件结构为ITO/PEDOT:PSS光栅层/P3HT:PCBM/LiF/Al.该器件与平板器件的性能对比实验证实,通过在PEDOT:PSS上引入微纳光栅结构,器件能量转化效率增加了31%. Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells Based on Conjugated Polymer Donor Material P3HT and Fullerene Derivative Receptor Material PCBM have limited P3HT: PCBM function because of their low hole carrier mobility Layer thickness, which affects the device’s absorption of incident light.The introduction of micro-nano grating structure on the surface of the polymer functional layer can redistribute the electric field in the device and improve the light absorption of the device.This paper simulates the grating period based on finite difference time-domain 1μm, a duty cycle of 0.5 and incident optical wavelengths of 500 and 700 nm, respectively. The optical absorption spectra of devices with different grating depth and grating duty cycle were calculated based on a rigorous coupled-wave analysis The analysis shows that after the micro-nano grating structure is inserted, the optical focusing phenomenon occurs in the device due to the diffraction enhancement of the grating. When the duty ratio is 0.5, the device optical absorption of the device with the grating depth of 10 nm at the incident wavelength of 512 nm Increase by 4.2% .Micro-nano grating polymer solar energy was prepared based on polydimethylsiloxane micro-embossing technology. The structure of the device was ITO / PEDOT: PSS grating layer / P3HT: PCBM / LiF / Al. Performance Comparison of Pieces and Flat Panel Devices Experiments confirmed that by introducing a micro / nano-grating structure on PEDOT: PSS, the device energy conversion efficiency increased by 31%.
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