光學(xué)塔姆態(tài)和微腔模式在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用綜述在金屬/DBR界面會產(chǎn)生OTS，將這一結(jié)構(gòu)引入OSC中，可以將光束縛在有源層中，提高器件性能。但僅憑單模態(tài)不能發(fā)揮器件最大的吸收性能，同一有源層可能有多個吸收波段。因此我們需要在器件中同時激發(fā)光學(xué)塔姆態(tài)和微腔效應(yīng)。本節(jié)我們的研究內(nèi)容便是如何在同一器件中同時激發(fā)這兩種模態(tài)，從而提高有源層的光吸收。本節(jié)的研究我們主要基于PTB7:PCBM的有機(jī)太陽能電池，其中PTB7:PCBM是有源層，電極分別采用Ag和ITO，我們把這種器件稱為DeviceA,這是一個簡單的有機(jī)太陽能電池器件，其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。該結(jié)構(gòu)中只有一側(cè)有金屬，不足以激發(fā)微腔效應(yīng)，因此我們需要增加一處材質(zhì)做反射鏡?？紤]到DBR在禁帶內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)反射，因此為了激發(fā)雙模態(tài)，我們在DeviceB中采用雙DBR結(jié)構(gòu)。DeviceB的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，我們在有源層和玻璃基板間插入由ITO和ATO交替組成的雙DBR(DBR-A和DBR-B)，其中，厚度用d1-d4表示，DBR對數(shù)用NDBR-A和NDBR-B表示。該結(jié)構(gòu)滿足四分之一波長條件，即λB1/4=d1n1=d2n2，λB2/4=d3n3=d4n4。該結(jié)構(gòu)在Ag/DBR1界面可以產(chǎn)生光學(xué)塔姆態(tài)，在Ag/DBR1/DBR2中可以產(chǎn)生微腔。為了驗證這一點(diǎn)，我們計算了該結(jié)構(gòu)的電場振幅分布。如圖3.2所示，從圖中可以看出Ag/DBR1界面在575nm處電場達(dá)到峰值，沿兩側(cè)衰減，該模式符合光學(xué)塔姆態(tài)的特征；而744nm處DBR1中的增強(qiáng)電場向Ag和DBR2中衰減模式，Ag和DBR2分別是反射鏡，此時在Ag/DBR1/DBR2中產(chǎn)生的是微腔。DeviceADeviceB圖3.1基于PTB7:PCBM的有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)圖圖3.2DBR結(jié)構(gòu)中的電場振幅分布圖接下來，我們計算了DBR對數(shù)和布拉格波長與雙模態(tài)的諧振波長和帶寬的關(guān)系。從圖中可以看出，固定NDBR2=4,λB1=500nm,λB2=800nm，改變DBR1的對數(shù)，光學(xué)塔姆態(tài)、微腔模式的諧振波長和帶寬都改變；固定NDBR1=4，改變DBR2的對數(shù)，光學(xué)塔姆態(tài)的諧振波長和帶寬都不變，微腔模式的諧振波長不變，帶寬改變；固定NDBR1=4,NDBR2=4,λ1=500nm，改變λB2，光學(xué)塔姆態(tài)的諧振波長基本不變，微腔模式的諧振波長發(fā)生移動；固定NDBR1=4,NDBR2=4，λ2=800nm，改變λB1，光學(xué)塔姆態(tài)和微腔模式的諧振波長都會發(fā)生改變。通過以上可以看出改變DBR對數(shù)和布拉格波長，也就是DBR的厚度，可以調(diào)節(jié)兩模式的諧振波長和帶寬。(a)(b)(c)(d)圖3.2DBR對數(shù)(a-b)和布拉格波長(c-d)對兩模態(tài)諧振波長和帶寬的影響下面我們將介紹本文評估器件性能的計算方法。首先我們計算的是有源層光吸收，該計算基于FDTD算法；接著在雙偏振下（TE和TM偏振），對有源層吸收譜與AM1.5標(biāo)準(zhǔn)下太陽光譜做積分[53]：，即可計算出器件在TM和TE偏振下的總吸收，其中積分區(qū)域包括有源層的主要吸收波段，器件總吸收可由兩種偏振的平均效果給出，即。在本文中，將用總吸收率作為有機(jī)太陽能電池吸收性能的標(biāo)準(zhǔn)。本文關(guān)于器件性能的計算全部基于太陽光垂直入射的情況。接下來我們將雙模態(tài)引入到有機(jī)太陽能電池中，首先我們計算了器件A和B在不同DBR1/DBR2組合下的器件總吸收，在每一次計算之前，我們都會調(diào)節(jié)DBR對數(shù)和布拉格波長，使厚度和最大吸收率相匹配。計算結(jié)果如圖3.3所示，我們可以看出在NDBR-A=1和NDBR-B=4時，總吸收率最大。圖3.3不同NDBR-A和NDBR-B組合下器件B的總吸收率DBR對NDBR-A=1NDBR-B=4。器件B總吸收率隨DBR-A厚度的變化(b)器件B總吸收率隨DBR-B厚度的變化圖3.4經(jīng)計算我們可得到，DeviceB在420-650nm,700-800nm范圍內(nèi)有源層的吸收有明顯提高，器件吸收效率明顯增強(qiáng)。圖3.5Device-A和Device-B中有源層的光吸收譜Device-B從他的電場圖可以看出，600nm處，在Ag/DBR1界面電場明顯增強(qiáng)，這是光學(xué)