【《光学塔姆态和微腔模式在有机太阳能电池中的应用综述》1700字】

光学塔姆态和微腔模式在有机太阳能电池中的应用综述在金属/DBR界面会产生OTS，将这一结构引入OSC中，可以将光束缚在有源层中，提高器件性能。但仅凭单模态不能发挥器件最大的吸收性能，同一有源层可能有多个吸收波段。因此我们需要在器件中同时激发光学塔姆态和微腔效应。本节我们的研究内容便是如何在同一器件中同时激发这两种模态，从而提高有源层的光吸收。本节的研究我们主要基于PTB7:PCBM的有机太阳能电池，其中PTB7:PCBM是有源层，电极分别采用Ag和ITO，我们把这种器件称为DeviceA,这是一个简单的有机太阳能电池器件，其结构如图3.1所示。该结构中只有一侧有金属，不足以激发微腔效应，因此我们需要增加一处材质做反射镜。考虑到DBR在禁带内可以实现反射，因此为了激发双模态，我们在DeviceB中采用双DBR结构。DeviceB的结构如图3.1所示，我们在有源层和玻璃基板间插入由ITO和ATO交替组成的双DBR(DBR-A和DBR-B)，其中，厚度用d1-d4表示，DBR对数用NDBR-A和NDBR-B表示。该结构满足四分之一波长条件，即λB1/4=d1n1=d2n2，λB2/4=d3n3=d4n4。该结构在Ag/DBR1界面可以产生光学塔姆态，在Ag/DBR1/DBR2中可以产生微腔。为了验证这一点，我们计算了该结构的电场振幅分布。如图3.2所示，从图中可以看出Ag/DBR1界面在575nm处电场达到峰值，沿两侧衰减，该模式符合光学塔姆态的特征；而744nm处DBR1中的增强电场向Ag和DBR2中衰减模式，Ag和DBR2分别是反射镜，此时在Ag/DBR1/DBR2中产生的是微腔。DeviceADeviceB图3.1基于PTB7:PCBM的有机太阳能电池结构图图3.2DBR结构中的电场振幅分布图接下来，我们计算了DBR对数和布拉格波长与双模态的谐振波长和带宽的关系。从图中可以看出，固定NDBR2=4,λB1=500nm,λB2=800nm，改变DBR1的对数，光学塔姆态、微腔模式的谐振波长和带宽都改变；固定NDBR1=4，改变DBR2的对数，光学塔姆态的谐振波长和带宽都不变，微腔模式的谐振波长不变，带宽改变；固定NDBR1=4,NDBR2=4,λ1=500nm，改变λB2，光学塔姆态的谐振波长基本不变，微腔模式的谐振波长发生移动；固定NDBR1=4,NDBR2=4，λ2=800nm，改变λB1，光学塔姆态和微腔模式的谐振波长都会发生改变。通过以上可以看出改变DBR对数和布拉格波长，也就是DBR的厚度，可以调节两模式的谐振波长和带宽。(a)(b)(c)(d)图3.2DBR对数(a-b)和布拉格波长(c-d)对两模态谐振波长和带宽的影响下面我们将介绍本文评估器件性能的计算方法。首先我们计算的是有源层光吸收，该计算基于FDTD算法；接着在双偏振下（TE和TM偏振），对有源层吸收谱与AM1.5标准下太阳光谱做积分[53]：，即可计算出器件在TM和TE偏振下的总吸收，其中积分区域包括有源层的主要吸收波段，器件总吸收可由两种偏振的平均效果给出，即。在本文中，将用总吸收率作为有机太阳能电池吸收性能的标准。本文关于器件性能的计算全部基于太阳光垂直入射的情况。接下来我们将双模态引入到有机太阳能电池中，首先我们计算了器件A和B在不同DBR1/DBR2组合下的器件总吸收，在每一次计算之前，我们都会调节DBR对数和布拉格波长，使厚度和最大吸收率相匹配。计算结果如图3.3所示，我们可以看出在NDBR-A=1和NDBR-B=4时，总吸收率最大。图3.3不同NDBR-A和NDBR-B组合下器件B的总吸收率DBR对NDBR-A=1NDBR-B=4。器件B总吸收率随DBR-A厚度的变化(b)器件B总吸收率随DBR-B厚度的变化图3.4经计算我们可得到，DeviceB在420-650nm,700-800nm范围内有源层的吸收有明显提高，器件吸收效率明显增强。图3.5Device-A和Device-B中有源层的光吸收谱Device-B从他的电场图可以看出，600nm处，在Ag/DBR1界面电场明显增强，这是光学