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基于石墨烯电极的聚合物太阳能电池光学减反层的研究1李国龙1,2t,钟景明

聚合物太阳能电池因其重量轻,柔韧性好,易于制备和成本低廉而成为太阳能电池领域的研究热点。通过开发新材料,聚合物太阳能电池的能量转换效率(PCE)现在已超过10%。使用新的替代电极材料可以进一步降低聚合物太阳能电池的成本,这是实现电池大规模商业化的有效途径。透明电极的替代方法目前集中在碳纳米管导电膜,铝掺杂氧化锌(AZO),金属网,导电聚合物和介电金属介质(DMD)上。这些材料的光电性能仍然与ITO不兼容。相比。近年来,由于石墨烯电极的高强度,高电导率和在可见光谱区域中的高透射率,其作为聚合物太阳能电池的替代电极受到了广泛的关注。 CHOI等。使用化学气相沉积法制备石墨烯,并通过多种转移方法获得了多层石墨烯电极。该电极具有高透射率(84.2%)和低薄层电阻(374±3Q)。 Hsu等。在聚合物太阳能电池中使用四氰基喹二甲烷(TCNQ)修饰的堆叠石墨烯透明电极,能量转换效率从0.45%提高到2.58%。薄层电阻比简单的石墨烯电极简单。减少了67%。研究表明,石墨烯薄膜和玻璃基板的光学常数不匹配,并且即使对于厚度小于1 nm的石墨烯薄膜电极的器件反射,石墨烯在可见光区域的折射率也比ITO高。比率仍然很高,这也是石墨烯太阳能电池的光电转换性能低的重要原因。MATYBA等使用低折射率金属氧化物Mo3来修饰单层石墨烯,并且该器件的光电转换性能与ITO器件的光电转换性能相当。杨等。将石墨烯/NiO复合膜应用于p型染料敏化太阳能电池,并通过增强光电极的电导率来提高电池的电荷收集能力。一方面,氧化镍具有合适的光学常数,这有效地降低了石墨烯电极的光谱反射率。另一方面,氧化镍具有合适的功函数并且增强了空穴传输能力。

基于此,本文构建了石墨烯/氧化镍叠层结构电极。研究了氧化镍膜在石墨烯透明电极上的光学减反射效果。首先,通过椭圆偏振法测量30层厚的石墨烯和ITO的光学常数。其次,采用时域有限差分法(FDTD)分析了氧化镍/石墨烯/聚(3,4-乙烯)的结构。计算该速率,并分析NiO光学减反射层对器件光电场分布的影响。

1装置的光场的计算原理高分子太阳能电池是通过层叠电介质膜,金属膜和高分子膜而形成的。通过严格求解麦克斯韦方程,可以获得器件空间中任意点的光电场分布。为了获得麦克斯韦方程的数值解,在设备性能分析过程中采用了FDTD方法。根据FDTD理论,Yee单元描述了空间中电场和磁场的排列,如图所示。

FDTD色散中的

Yee单元图。基于Yee单元中和丑陋分量的空间节点以及时间步长约定,获得+1步的电场分量,如下所示:基金项目:国家自然科学基金();宁夏自然科学基金委通讯作者:李国龙,电子邮件:qq.com

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