过渡金属氧化物等离激元增强型高效聚合物太阳电池的研究

项目名称： 过渡金属氧化物等离激元增强型高效聚合物太阳电池的研究

项目编号： No.51303052

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 一般工业技术

项目作者： 王福芝

作者单位： 华北电力大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 聚合物太阳电池中激子扩散长度短与活性层光学厚度之间的矛盾是制约其光电转换效率提高的主要原因。利用表面等离激元对光子的调制和近场增强效应，可以在不增加活性层厚度的条件下提高其光吸收能力。过渡金属氧化物是一类可替代传统金属的新型等离激元光学材料，目前还没有将其作为表面等离激元增强材料应用于聚合物太阳电池的报道。本项目拟通过溶胶凝胶法制备过渡金属氧化物纳米阵列，探寻中心金属离子及其微观结构与等离激元特性的关系；并将其引入聚合物太阳电池作为界面层，利用其局域表面等离激元近场增强效应和陷光作用，增强活性层的光吸收能力。建立三维电磁模型研究过渡金属氧化物纳米颗粒与光波的相互作用。通过对表面等离激元材料体系、微观结构的优化及光电活性材料的合理配伍最终制备出高效的聚合物太阳电池。该项目的顺利实施对过渡金属氧化物表面等离激元吸收增强型聚合物太阳电池的理论研究和实际应用具有非常重要的意义。

中文关键词： 过渡金属氧化物；聚合物太阳电池；溶液加工；表面等离激元；

英文摘要： The contradiction between the short exciton diffusion length in organic semiconductors and the large thickness of active layer for optical absorption is a technical difficulty for improving the efficiency of polymer solar cell. Effective light trapping schemes offer an attractive approach to ensure full absorption of the incident sunlight,which is critical for achieving high current density and going significantly beyond the 10% PCE. Sufficient optical absorption can be ensured without increasing the thickness of the active layer through utilization of near-field enhancement and electronic effects in plasmonic enhanced organic photovoltaics. Transition metal oxides are novel alternatives to conventional metal as plasmonic optical materials. However, there's no report of using this kind of materials as surface plasmon enhanced materials in polymer solar cells. In this proposal, we will introduce the low-temperature solution processed periodically plasmonic metal oxide nanostructures in organic solar cells. Near-field enhanced localized surface plasmon resonance effect and light trapping effect are utilized to improve the capacity of the optical absorption of the active layer. Our aim is to construct novel solution processible PSCs with high PCE through optimization of the periodic nanopatterned arrays and photoac

英文关键词： transition metal oxides；polymer solar cell；solution-process；plasmonic；