بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، شبیه سازی اپتیکی سلول خور شیدی آلی با ساختار ITO/Znpc/PTCDA/Al که بر پایه وابستگی چگالی اکسایتونها به ضخامت لایههای سلول است، مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از فرمول بندی اپتیک لایههای نازک، میدانهای الکتریکی در لایههای سلول بدست آمده است. از طریق میدان الکتریکی مقدار جذب محاسبه شده است و با در نظر گرفتن معادله پخش اکسایتون، چگالی اکسایتونها بر حسب ضخامت لایه فعال تعیین شده است . با توجه به مقدار ماکسیمم چگالی اکسایتونها برای ضخامتهای متفاوت، ضخامت بهینه تخمین زده شده است. همچنین نمودار چگالی اکسایتونها بر حسب عمق در راستای محور سلول رسم و تحلیل شده است.
مقدمه
استفاده از مواد آلی در ساخت سلول های خورشیدی در سال های اخیر گسترش روز ا فزونی یافته است .>1@ مواد آلی نسبت به مواد معدنی جذب کمتری در ناحیه طیف نور خورشید دارند لذا از سیستمهای چند لایه برای جذب بیشتر استفاده میشود. سلولهای خورشیدی آلی لایه نازک، از تعدادی لایه منسجم لایه نشانی شده، تشکیل شدهاند که بازدهی آنها با توجه به چگونگی فرآیند جذب
و تولید و جداسازی اکسایتون ، که سه مرحله اصلی در تولید جریان اند، تعیین می شود. با شبیهسازی فرآیندهای اپتیکی در این لایهها می توان فهم عمیق تری از مکانیسم کا ر سلول بدست آورد.>2@ شبیهسازی و محاسبات کامپیوتری این امکان را برای ما فراهم می کنند تا در مدت کوتاهی با کامپیوتر، سلولهایی با هندسههای متفاوت را طراحی کنیم .
دراین سلول ها، اکسایتونها در لایهی فعال سلول تشکیل می شوند و در فصل مشترک donor acceptor/ توسط میدان الکتریکی جدا میشوند. با توجه به این که طول پخش اکسایتون ها کم است اکسایتون ها به سرعت بازترکیب می شوند. در حالی که تنها اکسایتون هایی که جدا می - مانند، در جریان خروجی تاثیر می گذارند. بنابراین اکسایتونها باید قبل از بازترکیب خود ر ا به مرز مشترک برسانند. با در نظر گرفتن این شرایط، افزایش ضخامت لایه فعال موجب هدر رفتن اکسایتون ها می شود و از طرفی کاهش ضخامت موجب کاهش تعداد اکسایتونها میشود. از این رو بهینهسازی ضخامت لایه فعال امری ضروری است .>3@ در این پژوهش، شبیهسازی بر اساس اپتیک خطی صورت گرفته است و ضخامت فیلمهای پلیمری در حد نانو مترفرض شده است.
تئوری
دراین شبیه سازی، ابتدا با استفاده ازفرمول بندی انتشار نور در سیستمهای لایه نازک، میدان های موجود در لایه ها را بدست می آوریم و سپس مقدار جذب را محاسبه می کنیم. با در نظر گرفتن معادله تولید اکسایتون، چگالی اکسایتون را بر حسب ضخامت donor بدست می آوریم. با توجه به وابستگی میدان به ماتریسهای انتقال، پارامترهای زیادی از جمله ضخامت، ثوابت اپتیکی لایه ها، طول موج، طول عمر اکسایتون و طول پخش اکسایتون در این توابع حضور دارند. در محاسبات ثوابت اپتیکی znpc و PTCDA به ترتیب از مراجع [5],[4] استخراج شد. برای ثوابت اپتیکی Al وITO از مراجع [7],[6] استفاده کردیم. سلول خورشیدی دو لایه آلی متشکل از دو الکترود با ساختار، ITO/znpc/PTCDA/Al به منظور شبیه سازی در نظر گرفته شد. Znpc نقش donor و PTCDA نقش acceptor را دارد. سلول را به صورت لایه هایی از فیلم نازک مطابق شکل 1 شماره گذاری میکنیم.
