项目名称: 利用阳极氧化铝模板纳米压印方法在倒置有机太阳能电池中引入偏振不敏感亚波长光栅的研究

项目编号: No.61475109

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 崔艳霞

作者单位: 太原理工大学

项目金额: 84万元

中文摘要: 倒置结构有机太阳能电池(OSCs)避免了使用环境不稳定的材料,延长了器件寿命。在OSCs中引入金属纳米结构可改善光吸收及电荷收集效率,是实现高效率光伏器件的有效途径。利用纳米压印将印章上的二维光栅图案转移到活性层,消除了光吸收增强对偏振的敏感性,提高了能量转换效率。然而,现有制备印章的工艺方法存在一定的局限性,例如紫外光刻无法制备亚波长尺度的图案,电子束曝光等技术需用到昂贵设备而使得成本过高。 本项目以低成本阳极氧化铝模板为母版,制备突破衍射极限的六角密排图案印章,利用纳米压印将其转移到倒置OSCs的活性层中,再与阳极银膜复合形成偏振不敏感亚波长金属光栅,探究该光栅所激发的表面等离激元等光子模式对光捕获、激子产生/解离、电荷传输/收集的调控规律,还将结合金属纳米颗粒的植入以求进一步提高器件光、电性能,期望获得倒置OSCs效率提高20%以上。为低成本高效稳定光伏器件的研发提供实验与理论依据。

中文关键词: 倒置有机太阳能电池;阳极氧化铝模板;纳米压印;亚波长光栅;表面等离激元

英文摘要: The architecture of inverted organic solar cells (OSCs) avoids the use of the functional materials which are environmentally instable, thus greatly prolonging the device lifetime. Incorporation of metallic nanostructues into OSCs is an effective approach to realize enhanced light absorption and improvedcarrier collection for high efficiency photovoltaic devices. By utilizing the nano-imprinting lithography to transfer the two-dimensional (2D) grating pattern from a soft mold into the active layer, the enhancement of light absorption becomes polarization-insensitive, yielding the power conversion efficiency much enhanced compared to the planar device. However, the present mold producing methods have some limitations. For example, the UV lithography is limited in forming patterns in sub-wavelenth scale, while some other techniques like the e-beam lithography rely on expensive equipment set-ups during the mold fabrication. In this project, we propose to use soft molds with 2D hexagonol packing patterns that can be created by anodic aluminum oxide templates at low cost. This technique enables to realize sub-wavelength 2D structures in the active layer of inverted OSCs, which otherwise are limited by the conventional diffraction method. Due to the conformal coating of silver anode on top of the grating active layer, a polarization-insensitive metallic nanograting is generaterated, which can excite surface plasmon modes. We will study the effect of the excitation of the optical modes like surface plasmons on light trapping, exciton generation and dissociation, charge transport and collection in OSCs. Besides, the effect of incorporation of metallic nanoparticles for improved optical and electrical properties in OSCs will be analyzed. It is expected that the power conversion efficiency of inverted OSCs can be enhanced by more than 20%. The experimental and theoretical outcomes of this project would contribute to the realization of low-cost, high-efficiency, and stable organic photovoltaic cells.

英文关键词: inverted organic solar cells;anodic aluminum oxide template;nano-imprinting lithography;subwavelength grating;surface plasmons

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