[发明专利]一种有机光伏器件性能分析优化方法和系统

说明书

本发明公开了一种有机光伏器件性能分析优化方法和系统，属于有机光伏器件领域。本发明针对OPV器件内可能出现的多种膜层特征(各向同性膜层、各向异性膜层、表面粗糙度层、界面层、纳米结构)建立全面的光学模拟方法，通过优化器件产生的短路电流密度得到器件最优结构尺寸，适用于对包含不均匀膜层、各向异性膜层、周期性纳米结构等复杂特征的OPV器件进行结构尺寸优化以提高OPV的光电转化效率，原理简单、易于操作，在OPV结构优化设计领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于有机光伏器件(OPV)领域，更具体地，涉及一种有机光伏器件性能分析优化方法和系统。

背景技术

自1954年美国Bell实验室Chapin(Journal of Applied Physics,1954,25(5):676-677)等人制备了第一块单晶硅太阳能电池以来，通过材料和器件结构的不断改进，无机太阳能电池的效率和寿命不断提高，并实现了商品化应用。但由于无机太阳能电池制备成本过高，工艺复杂，且其制备过程中会产生大量有害气体，大大限制了它的发展和应用。有机光伏电池由于其可柔性制备，价格低廉，易制备，材料来源广泛，光学吸收波长可调控，可采用多种方法成膜且电池制作结构多样以及能够对其进行物理改性等优点，对太阳能的开发和利用具有重要的意义和潜在价值，逐渐走入科学家们的视线。

有机光伏(organic photovoltaic，OPV)电池，是第三代太阳能电池，指利用有机材料的光生伏打效应实现光电转换，将太阳能转换为电能的器件。1986年，美国柯达公司的邓青云博士(Applied physics letters,1986,48(2):183-185)首次将p-n结的概念引入到有机太阳能电池中，采用p型材料酞菁(MPc)作为给体，n型材料苝红(PTC)作为受体，实现接近1％的能量转换效率，此后有机太阳能电池获得了科学家们极大的关注。

OPV器件通常采用三明治结构，由阴极、阳极及夹在中间的有机活性层构成。光照射到有机光伏器件上后，光子被有机半导体层吸收，光子激发形成的电子和空穴对以中性激子的形式存在，这些激子在电场或在界面处会分离成自由电子和空穴，它们的定向迁移就形成了光电流。为了有效促进电荷提取和传输，还可引入一些功能层(电子传输层ETL和空穴传输层HTL等)进一步提升OPV器件的性能。由于大多数活性层材料带隙较宽，吸收的光有限，仅能吸收部分可见光；有机材料激子扩散长度短，导致激子在到达给受体界面前复合，无法分离成自由的载流子；有机材料的载流子迁移率偏低，导致载流子在传输过程中发成复合或者被陷阱捕获等原因，OPV器件的光电转换效率(PCE)偏低。因此，需要对OPV器件材料及结构尺寸进行优化以提高OPV器件的光电转换效率。