[發明專利]一種有機光伏器件性能分析優化方法和系統

有效

• 申請號: 202110248535.0
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112952008B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 谷洪剛;趙雪楠;劉世元;陳林雅;江浩
• 申請（專利權）人: 武漢宇微光學軟件有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C60/00;H10K30/50
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 胡秋萍

1.一種有機光伏器件性能分析優化方法，其特征在于，包括：

S1.建立多層堆疊光學模型：確定待分析優化的OPV器件基礎膜系及其初始結構尺寸，并確定OPV器件工作波長范圍、光源入射角、光源入射輻射度，以及OPV所含材料的復折射率；所述OPV器件基礎膜系包括各向同性薄膜、各向異性薄膜、納米結構、界面層和粗糙度層；其中，各向同性薄膜、各向異性薄膜、納米結構屬于均勻膜層，粗糙度層和界面層屬于不均勻膜層；

S2.在允許結構尺寸范圍內計算在不同結構尺寸時OPV器件的內部物理量及其性能參數；

步驟S2包括以下子步驟：

(2.1)對于不均勻膜層采用等效介質近似的方法得到其等效復折射率，以將其近似為均勻膜層：

其中，m為該層內含組分數量，f_i為第i種組分所占體積分數，N_i為第i種組分的復折射率，N_eff為該膜層的等效復折射率；

(2.2)在OPV器件允許結構尺寸范圍內，選定一組結構參數d，計算太陽光以θ_i角度入射時，該器件內部任意位置(x,y,z)處電場強度、磁場強度、能量損耗、能量密度及器件外耦合效率和短路電流密度；

對于非相干玻璃基底建模：采用玻璃因子g計算光在非相干玻璃基底內的多次反射對玻璃基底內電場強度降低的影響，計算表達式為：

其中，θ_i和θ_g分別表示光在空氣、玻璃基底中的傳播方向，R_g-a和R_g-m分別為光由玻璃基底到空氣、光由玻璃基底到其余相干膜系的反射率，N_g表示玻璃基底的復折射率；

對于相干薄膜部分建模：若器件包含納米結構，則根據嚴格耦合波分析方法進行光學模擬；若器件為多層薄膜堆棧而成，如果包含各向異性薄膜，采用4×4傳輸矩陣方法進行光學模擬，如果不包含各向異性薄膜，采用傳輸矩陣方法進行光學模擬；

對利用上述建模方法得到的器件原始電場強度、磁場強度乘以玻璃因子g得到器件實際的電場強度、磁場強度、能量損耗和能量密度；

根據器件內部的能量損耗分布計算外耦合效率η_EQE，計算表達式為：

η_EQE＝∫∫∫Q(x,y,z)/cε₀cos(θ_i)dxdydz；

計算器件產生的短路電流密度J_sc：

其中，Q(x,y,z)表示器件內部的能量損耗在任意位置(x,y,z)處的分布，η_deg和η_IQE分別為器件的退化因數和內量子效率，q為單位電荷，θ₁為激子的量子產額，即每吸收一個能量大于活性材料帶隙的光子所產生的激子數，h為普朗克常量，c為真空中光速，P_Solar(λ)為入射光源的分光照度，A(λ)為具有光生伏打效應的活性材料對入射光源的吸收率，ε₀表示真空介電常數；

(2.3)在允許范圍內，變換OPV結構尺寸d，重復步驟(2.2)，便可獲得不同結構尺寸OPV的短路電流密度；

S3.比較不同結構尺寸OPV器件的短路電流密度，結合制造工藝、制備成本選擇最優結構尺寸。

2.一種有機光伏器件性能分析優化系統，其特征在于，包括：計算機可讀存儲介質和處理器；

所述計算機可讀存儲介質用于存儲可執行指令；

所述處理器用于讀取所述計算機可讀存儲介質中存儲的可執行指令，執行權利要求所述的有機光伏器件性能分析優化方法。