[发明专利]一种有机光伏器件性能分析优化方法和系统

权利要求书

1.一种有机光伏器件性能分析优化方法，其特征在于，包括：

S1.建立多层堆叠光学模型：确定待分析优化的OPV器件基础膜系及其初始结构尺寸，并确定OPV器件工作波长范围、光源入射角、光源入射辐射度，以及OPV所含材料的复折射率；所述OPV器件基础膜系包括各向同性薄膜、各向异性薄膜、纳米结构、界面层和粗糙度层；其中，各向同性薄膜、各向异性薄膜、纳米结构属于均匀膜层，粗糙度层和界面层属于不均匀膜层；

S2.在允许结构尺寸范围内计算在不同结构尺寸时OPV器件的内部物理量及其性能参数；

步骤S2包括以下子步骤：

(2.1)对于不均匀膜层采用等效介质近似的方法得到其等效复折射率，以将其近似为均匀膜层：

其中，m为该层内含组分数量，f_i为第i种组分所占体积分数，N_i为第i种组分的复折射率，N_eff为该膜层的等效复折射率；

(2.2)在OPV器件允许结构尺寸范围内，选定一组结构参数d，计算太阳光以θ_i角度入射时，该器件内部任意位置(x,y,z)处电场强度、磁场强度、能量损耗、能量密度及器件外耦合效率和短路电流密度；

对于非相干玻璃基底建模：采用玻璃因子g计算光在非相干玻璃基底内的多次反射对玻璃基底内电场强度降低的影响，计算表达式为：

其中，θ_i和θ_g分别表示光在空气、玻璃基底中的传播方向，R_g-a和R_g-m分别为光由玻璃基底到空气、光由玻璃基底到其余相干膜系的反射率，N_g表示玻璃基底的复折射率；

对于相干薄膜部分建模：若器件包含纳米结构，则根据严格耦合波分析方法进行光学模拟；若器件为多层薄膜堆栈而成，如果包含各向异性薄膜，采用4×4传输矩阵方法进行光学模拟，如果不包含各向异性薄膜，采用传输矩阵方法进行光学模拟；

对利用上述建模方法得到的器件原始电场强度、磁场强度乘以玻璃因子g得到器件实际的电场强度、磁场强度、能量损耗和能量密度；

根据器件内部的能量损耗分布计算外耦合效率η_EQE，计算表达式为：

η_EQE＝∫∫∫Q(x,y,z)/cε₀cos(θ_i)dxdydz；

计算器件产生的短路电流密度J_sc：

其中，Q(x,y,z)表示器件内部的能量损耗在任意位置(x,y,z)处的分布，η_deg和η_IQE分别为器件的退化因数和内量子效率，q为单位电荷，θ₁为激子的量子产额，即每吸收一个能量大于活性材料带隙的光子所产生的激子数，h为普朗克常量，c为真空中光速，P_Solar(λ)为入射光源的分光照度，A(λ)为具有光生伏打效应的活性材料对入射光源的吸收率，ε₀表示真空介电常数；

(2.3)在允许范围内，变换OPV结构尺寸d，重复步骤(2.2)，便可获得不同结构尺寸OPV的短路电流密度；

S3.比较不同结构尺寸OPV器件的短路电流密度，结合制造工艺、制备成本选择最优结构尺寸。

2.一种有机光伏器件性能分析优化系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；

所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行权利要求所述的有机光伏器件性能分析优化方法。