| 英文部分 | 第5-183页 |
| 摘要 | 第5-7页 |
| Abstract | 第7-8页 |
| Chapter Ⅰ Introduction | 第15-22页 |
| 1.1 Economy growth and energy demand | 第15-16页 |
| 1.2 Renewable energy and photovoltaics | 第16-17页 |
| 1.3 Environmental issues by silicon photovoltaics | 第17-18页 |
| 1.4 Organic photovoltaics and present status of development | 第18-20页 |
| 1.5 Structure and scope of this thesis | 第20-22页 |
| Chapter Ⅱ Basic Principles | 第22-46页 |
| 2.1 Introduction | 第22页 |
| 2.2 The solar spectrum | 第22-24页 |
| 2.3 The black body radiation | 第24-26页 |
| 2.4 Photovoltaic converter | 第26-29页 |
| 2.4.1 The photoelectric effect | 第26-27页 |
| 2.4.2 p-n junction solar cells | 第27-29页 |
| 2.5 Detailed balance | 第29-33页 |
| 2.5.1 In equilibrium | 第29-31页 |
| 2.5.2 Under illumination | 第31-33页 |
| 2.6 Current-voltage relationship | 第33-39页 |
| 2.6.1 Photocurrent | 第34-35页 |
| 2.6.2 Dark current | 第35-36页 |
| 2.6.3 Current-voltage characteristic | 第36-37页 |
| 2.6.4 Power conversion efficiency | 第37-38页 |
| 2.6.5 Equivalent circuit | 第38-39页 |
| 2.7 The efficiency limit | 第39-42页 |
| 2.8 Requirements for an ideal photoconverter | 第42-44页 |
| 2.8.1 Energy gap and materials | 第42-43页 |
| 2.8.2 Photon absorption and electron-hole generation | 第43页 |
| 2.8.3 Electron-hole pair dissociation | 第43页 |
| 2.8.4 Charge transport and collection | 第43-44页 |
| 2.8.5 Recombination mechanism | 第44页 |
| 2.8.6 Parasitic resistance | 第44页 |
| 2.9 Summary | 第44-46页 |
| Chapter Ⅲ Organic Photovoltaics | 第46-66页 |
| 3.1 Introduction | 第46页 |
| 3.2 Organic semiconductors | 第46-50页 |
| 3.2.1 sp2 hybridization and π/π* bonding | 第46-49页 |
| 3.2.2 Typical organic semiconductors for organic photovoltaic applications | 第49-50页 |
| 3.3 Device architectures | 第50-53页 |
| 3.3.1 Planar and bulk heterojunction | 第50-51页 |
| 3.3.2 Charge transport layer | 第51-52页 |
| 3.3.3 Connecting contacts | 第52-53页 |
| 3.4 Working principles | 第53-56页 |
| 3.4.1 Photon absorption | 第54页 |
| 3.4.2 Exciton generation | 第54页 |
| 3.4.3 Exciton diffusion | 第54-55页 |
| 3.4.4 Charge transfer | 第55页 |
| 3.4.5 Charge transfer exciton separation | 第55页 |
| 3.4.6 Charge transport | 第55-56页 |
| 3.4.7 Charge collection | 第56页 |
| 3.4.8 Quantum efficiency | 第56页 |
| 3.5 Recombination mechanism | 第56-59页 |
| 3.5.1 Types of recombination | 第56-57页 |
| 3.5.2 Energy loss | 第57-59页 |
| 3.7 Photovoltaic cell fabrication | 第59-61页 |
| 3.7.1 Experimental condition | 第59-60页 |
| 3.7.2 Key procedures | 第60-61页 |
| 3.8 Characterization technology | 第61-64页 |
| 3.8.1 Current density versus voltage (J-V) characteristics | 第61-62页 |
| 3.8.2 Spectrally resolved quantum efficiency measurements | 第62页 |
| 3.8.3 Electroluminescence measurements | 第62页 |
| 3.8.4 Photoluminescence measurements | 第62-63页 |
| 3.8.5 Charge carrier mobility measurements | 第63页 |
| 3.8.6 Transient photovoltage and photocurrent measurements | 第63-64页 |
| 3.8.7 Morphology characteristics | 第64页 |
| 3.9 Summary | 第64-66页 |
| Chapter Ⅳ Modelling | 第66-95页 |
| 4.1 Introduction | 第66页 |
| 4.2 Optical model | 第66-71页 |
| 4.2.1 Transfer matrix theory | 第66-68页 |
| 4.2.2 Reflection and Transmission | 第68-69页 |
| 4.2.3 Optical electric field | 第69-71页 |
| 4.2.4 Exciton generation profile | 第71页 |
| 4.3 Electrical model | 第71-82页 |
| 4.3.1 Charge transfer state and geminate recombination | 第71-73页 |
| 4.3.1.1 Onsager-Braun theory | 第72-73页 |
| 4.3.2 Free charge carriers and non-geminate recombination | 第73-80页 |
| 4.3.2.1 Direct bimolecular recombination | 第74-76页 |
| 4.3.2.2 Indirect Shockley-Read-Hall trap assisted recombination | 第76-78页 |
| 4.3.2.3 Indirect tail-state recombination | 第78页 |
| 4.3.2.4 Surface recombination | 第78-80页 |
| 4.3.3 Transport equations | 第80-81页 |
| 4.3.3.1 Poisson equation | 第80页 |
| 4.3.3.2 Drift-Diffusion equations | 第80-81页 |
| 4.3.3.3 Continuity equations | 第81页 |
| 4.3.4 Parasitic resistance | 第81-82页 |
| 4.4 Numerical approaches | 第82-94页 |
| 4.4.1 Set of model equations | 第82-83页 |
| 4.4.2 Set of grids | 第83页 |
| 4.4.3 Poisson equation | 第83-85页 |
| 4.4.4 Drift-diffusion equations | 第85-88页 |
| 4.4.5 Continuity equations | 第88-89页 |
| 4.4.6 Boundary conditions | 第89-92页 |
| 4.4.7 Complete set of model matrices | 第92-93页 |
| 4.4.8 Iterative solving scheme | 第93-94页 |
| 4.5 Summary | 第94-95页 |
| Chapter Ⅴ The Role of Transport Mobility in Sandwiched Photovoltaics | 第95-127页 |
| 5.1 Background | 第95-96页 |
| 5.2 Modelling Shockley-Queisser limit | 第96-102页 |
| 5.2.1 The only loss - radiative recombination | 第96-97页 |
| 5.2.2 Free Charge generation rate | 第97页 |
| 5.2.3 Transport equations | 第97-98页 |
| 5.2.4 Boundary conditions | 第98-99页 |
| 5.2.5 Simulation results | 第99-102页 |
| 5.3 Mobility effects on ideal cell | 第102-105页 |
| 5.3.1 Mobility value | 第102-103页 |
| 5.3.2 Mobility balance | 第103-105页 |
| 5.4 Contact properties | 第105-120页 |
| 5.4.1 Surface recombination for minority carriers | 第105-109页 |
| 5.4.2 Surface recombination for majority carriers | 第109-113页 |
| 5.4.3 Injection barrier | 第113-115页 |
| 5.4.4 Different contact properties | 第115-120页 |
| 5.5 Extra bulk recombination | 第120-124页 |
| 5.5.1 Bimolecular recombination | 第120-122页 |
| 5.5.2 Trap assisted recombination | 第122-124页 |
| 5.6 Overall effects | 第124-126页 |
| 5.7 Summary | 第126-127页 |
| Chapter Ⅵ Radiative Efficiency Limit on Low Mobility Organic Bulk-HeterojunctionPhotovoltaics | 第127-139页 |
| 6.1 Introduction | 第127-128页 |
| 6.2 Detailed balance theory | 第128-129页 |
| 6.3 Radiative recombination in transport model | 第129-130页 |
| 6.4 Determination of optical absorption band gap | 第130-133页 |
| 6.5 Effective charge transport energetic level | 第133-134页 |
| 6.6 Radiative efficiency limit | 第134-136页 |
| 6.7 Reduced radiative efficiency limit by transport problems | 第136-138页 |
| 6.8 Summary | 第138-139页 |
| Chapter Ⅶ Fill Factor in Bulk-Heterojunction Type Organic Photovoltaics | 第139-161页 |
| 7.1 Introduction | 第139页 |
| 7.2 Detailed balance theory on fill factor | 第139-140页 |
| 7.3 Mobility requirement | 第140-141页 |
| 7.4 Recent progresses on small molecule donors | 第141-144页 |
| 7.5 Record fill factor in small-molecule based organic photovoltaics | 第144-157页 |
| 7.5.1 Materials, device structures and fabrication | 第145-146页 |
| 7.5.2 Device performance | 第146-148页 |
| 7.5.3 Morphology characterisation | 第148-149页 |
| 7.5.4 Mobility based on Space-charge-limited current | 第149-150页 |
| 7.5.5 Transient photovoltage and photocurrent | 第150-156页 |
| 7.5.6 Drift-diffusion modelling | 第156-157页 |
| 7.6 The role of mobility on fill factor | 第157-160页 |
| 7.7 Summary | 第160-161页 |
| Chapter Ⅷ Summary and Outlook | 第161-164页 |
| 8.1 Summary | 第161-162页 |
| 8.2 Outlook | 第162-164页 |
| Bibliography | 第164-175页 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 | 第175-179页 |
| 致谢 | 第179-181页 |
| Acknowledgements | 第181-183页 |
| 中文部分 | 第183-349页 |
| 摘要 | 第183-185页 |
| Abstract | 第185-193页 |
| 第一章 绪论 | 第193-199页 |
| 1.1 经济增长和能源需求 | 第193-194页 |
| 1.2 可再生能源和光伏 | 第194-195页 |
| 1.3 硅太阳电池带来的环境问题 | 第195-196页 |
| 1.4 有机光伏和目前发展现状 | 第196-198页 |
| 1.5 本论文的结构和创新之处 | 第198-199页 |
| 第二章 基本原理 | 第199-220页 |
| 2.1 引言 | 第199页 |
| 2.2 太阳光谱 | 第199-201页 |
| 2.3 黑体辐射 | 第201-203页 |
| 2.4 光伏转换器 | 第203-205页 |
| 2.4.1 光电效应 | 第203页 |
| 2.4.2 PN结型太阳电池 | 第203-205页 |
| 2.5 细致平衡原理 | 第205-208页 |
| 2.5.1 热平衡态 | 第205-207页 |
| 2.5.2 光照条件下 | 第207-208页 |
| 2.6 电流电压关系 | 第208-214页 |
| 2.6.1 光电流 | 第209-210页 |
| 2.6.2 暗电流 | 第210-211页 |
| 2.6.3 电流电压关系曲线 | 第211-212页 |
| 2.6.4 功率转换效率 | 第212-213页 |
| 2.6.5 等效电路 | 第213-214页 |
| 2.7 效率极限 | 第214-217页 |
| 2.8 理想光伏转换器的要求 | 第217-218页 |
| 2.8.1 禁带宽度和材料选择 | 第217-218页 |
| 2.8.2 光子吸收和电荷生长 | 第218页 |
| 2.8.3 电子空穴对分离 | 第218页 |
| 2.8.4 电荷传输和收集 | 第218页 |
| 2.8.5 复合 | 第218页 |
| 2.8.6 寄生电阻 | 第218页 |
| 2.9 本章小结 | 第218-220页 |
| 第三章 有机太阳能电池 | 第220-238页 |
| 3.1 简介 | 第220页 |
| 3.2 有机半导体 | 第220-224页 |
| 3.2.1 sp~2杂化和π/π*键 | 第220-223页 |
| 3.2.2 有机太阳能电池应用中经典的有机半导体 | 第223-224页 |
| 3.3 器件结构 | 第224-226页 |
| 3.3.1 双层异质结和本体异质结 | 第224-225页 |
| 3.3.2 电荷传输层 | 第225-226页 |
| 3.3.3 接触电极 | 第226页 |
| 3.4 工作机理 | 第226-229页 |
| 3.4.1 光子吸收 | 第228页 |
| 3.4.2 激子产生 | 第228页 |
| 3.4.3 激子扩散 | 第228页 |
| 3.4.5 电荷转移态激子分离 | 第228-229页 |
| 3.4.6 电荷传输 | 第229页 |
| 3.4.7 电荷收集 | 第229页 |
| 3.4.8 量子效率 | 第229页 |
| 3.5 复合机制 | 第229-232页 |
| 3.5.1 复合类型 | 第229-230页 |
| 3.5.2 能量损失 | 第230-232页 |
| 3.6 光伏器件制备 | 第232-234页 |
| 3.6.1 实验条件 | 第232页 |
| 3.6.2 关键步骤 | 第232-234页 |
| 3.7 表征技术 | 第234-237页 |
| 3.7.1 电流-电压(J-V)曲线 | 第234页 |
| 3.7.2 光谱分辨的量子效率的测量 | 第234-235页 |
| 3.7.3 电致发光 | 第235页 |
| 3.7.4 光致发光 | 第235页 |
| 3.7.5 电荷载流子迁移率 | 第235页 |
| 3.7.6 瞬态光电压/光电流技术 | 第235-236页 |
| 3.7.7 形貌 | 第236-237页 |
| 3.9 本章小结 | 第237-238页 |
| 第四章 数值模拟 | 第238-266页 |
| 4.1 简介 | 第238页 |
| 4.2 光学模型 | 第238-243页 |
| 4.2.1 传输矩阵 | 第238-240页 |
| 4.2.2 反射和透射 | 第240-241页 |
| 4.2.3 光电场 | 第241-243页 |
| 4.2.4 激子生长率 | 第243页 |
| 4.3 电学模型 | 第243-253页 |
| 4.3.1 电荷转移态和孪生复合 | 第243-245页 |
| 4.3.1.1 Onsager-Braun理论 | 第243-245页 |
| 4.3.2 自由电荷载流子和非孪生复合 | 第245-251页 |
| 4.3.2.1 直接双分子复合 | 第246-247页 |
| 4.3.2.2 Shockley-Read-Hall复合 | 第247-249页 |
| 4.3.2.3 间接带尾态复合 | 第249页 |
| 4.3.2.4 表面复合 | 第249-251页 |
| 4.3.3 传输方程 | 第251-252页 |
| 4.3.3.1 泊松方程 | 第251页 |
| 4.3.3.2 漂移扩散方程 | 第251-252页 |
| 4.3.3.3 连续性方程 | 第252页 |
| 4.3.4 寄生电阻 | 第252-253页 |
| 4.4 数值方法 | 第253-264页 |
| 4.4.1 模型方程组 | 第253页 |
| 4.4.2 网格设置 | 第253-254页 |
| 4.4.3 泊松方程 | 第254-256页 |
| 4.4.4 漂移扩散方程 | 第256-259页 |
| 4.4.5 连续性方程 | 第259-260页 |
| 4.4.5 边界条件 | 第260-263页 |
| 4.4.6 整套矩阵模型 | 第263页 |
| 4.4.7 迭代求解方案 | 第263-264页 |
| 4.5 本章小结 | 第264-266页 |
| 第五章 载流子迁移率对光伏器件性能的影响 | 第266-296页 |
| 5.1 背景介绍 | 第266-267页 |
| 5.2 模拟Shockley-Queisser效率极限 | 第267-272页 |
| 5.2.1 唯一的损失-自发辐射 | 第267-268页 |
| 5.2.2 自由电荷生长率 | 第268页 |
| 5.2.3 基本公式 | 第268-269页 |
| 5.2.4 边界条件 | 第269页 |
| 5.2.5 仿真结果 | 第269-272页 |
| 5.3 迁移率对理想电池的影响 | 第272-275页 |
| 5.3.1 迁移率的大小 | 第272-273页 |
| 5.3.2 迁移率平衡 | 第273-275页 |
| 5.4 电极特性 | 第275-288页 |
| 5.4.1 少子的表面复合 | 第275-278页 |
| 5.4.2 多子表面复合率 | 第278-282页 |
| 5.4.3 注入势垒 | 第282-284页 |
| 5.4.4 不同电极特性对比 | 第284-288页 |
| 5.5 额外的复合 | 第288-292页 |
| 5.5.1 双分子复合 | 第288-290页 |
| 5.5.2 缺陷态复合 | 第290-292页 |
| 5.6 总体的影响 | 第292-294页 |
| 5.7 本章小结 | 第294-296页 |
| 第六章 低迁移率有机太阳电池的辐射效率极限 | 第296-307页 |
| 6.1 背景介绍 | 第296页 |
| 6.2 细致平衡理论 | 第296-298页 |
| 6.3 传输模型中的辐射复合 | 第298页 |
| 6.4 光学带隙的确定 | 第298-301页 |
| 6.5 有效传输能带 | 第301-302页 |
| 6.6 辐射效率极限 | 第302-304页 |
| 6.7 低迁移率下的辐射效率极限 | 第304-305页 |
| 6.8 本章小结 | 第305-307页 |
| 第七章 体异质结型有机太阳电池的填充因子 | 第307-328页 |
| 7.1 引言 | 第307页 |
| 7.2 细致平衡原理之填充因子 | 第307-308页 |
| 7.3 迁移率的要求 | 第308-309页 |
| 7.4 小分子给体研究进展 | 第309-312页 |
| 7.5 小分子电池中创纪录的填充因子 | 第312-325页 |
| 7.5.1 材料和器件结构 | 第313页 |
| 7.5.2 器件性能 | 第313-315页 |
| 7.5.3 形貌表征 | 第315-317页 |
| 7.5.4 SCLC迁移率 | 第317-318页 |
| 7.5.5 瞬态光电压/光电流 | 第318-323页 |
| 7.5.6 漂移扩散模拟 | 第323-325页 |
| 7.6 迁移率对填充因子的作用 | 第325-327页 |
| 7.7 本章小结 | 第327-328页 |
| 第八章 总结和展望 | 第328-330页 |
| 8.1 总结 | 第328-329页 |
| 8.2 展望 | 第329-330页 |
| 参考文献 | 第330-341页 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 | 第341-345页 |
| 致谢 | 第345-347页 |
| Acknowledgements | 第347-349页 |
| 附件 | 第349页 |
