Моделювання оптичних характеристик органічних сонячних елементів на основі полі(3,4-етилендіокситіофен): полістиролсульфонат з інкорпорованими наночастинками срібла
Анотація
Досліджувався вплив геометричних параметрів органічної сонячної комірки (ОСК) та її компонентів на поглинання та відбивання світла. В моделюванні основними елементами, що впливають на оптичні характеристик ОСК, були полі(3,4-етилендіокситіофен):полістиролсульфонат (PEDOT:PSS), полі(3-гексилтіофен):[6,6] метиловий ефір фенил-C61 масляної кислоти (P3HT:PCBM) та наночастинки срібла. Товщина шару PEDOT:PSS дорівнювала 50 нм, з подальшим збільшенням до 80 нм, в ньому знаходились наночастинки срібла (NP’s Ag) діаметр яких становив 45 нм, відстань між NP’s Ag змінювалась, становивши в різних дослідженнях 10 і 20 нм, товщина шару P3HT:PCBM завжди залишалася рівною 100 нм. Пік у спектрі поглинання на довжині хвилі порядку 726 нм, коли в ОСК є наночастинки срібла, свідчить про наявність локалізованого поверхневого плазмонного резонансу (ЛППР), який викликає локальне посилення електромагнітного поля поблизу поверхні металевих наночастинок. ЛППР, індукований наночастинками срібла, не тільки підвищує ступінь поглинання світла, але й посилює ступінь дисоціації екситонів. Як результат, фотострум і загальна ефективність ОСК можуть бути значно покращені внаслідок ЛППР
Посилання
1. Chen, H. Y.; Hou, J. H.; Zhang, S. Q. et al.Polymer Solar Cells with Enhanced Open-Circuit Voltage and Efficiency. Nat. Photonics. 2009. 3: 649. https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.192
2. Hou, J. H.; Chen, H. Y.; Zhang, S. Q et al. Synthesis of a Low Band Gap Polymer and Its Application in Highly Efficient Polymer Solar Cells. J. Am.Chem. Soc. 2009. 131: 15586. https://doi.org/10.1021/ja9064975
3. Park, S. H.; Roy, A.; Beaupre, S.; et al. Heterojunction Solar Cells with Internal Quantum Effciency Approaching 100%. Nat. Photonics.2009. 3:297-303. https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.69
4. Liang, Y. Y., Xu, Z., Xia, J. B., et al. For the Bright Future;Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells with Power Conversion Efficiency of 7.4%. Adv. Mater. 2010. 22: 135. https://doi.org/10.1002/adma.200903528
5. Jyh-Lih Wu, Fang-Chung Chen, Yu-Sheng Hsiao et al. Surface Plasmonic Effects of Metallic Nanoparticles on the Performance of Polymer Bulk Heterojunction Solar Cells. ACS Nano. 2011. 5(2): 959. https://doi.org/10.1021/nn102295p
6. Biliuk A. A., Semchuk O. Yu., Havryliuk O. O. Physico-chemical properties and application of the conductive organic polymer poly-3,4 ethylenedioxythiophene-polystyrol sulfonal. Surfase. 2019. 11(26): 414. https://doi.org/10.15407/Surface.2019.11.414
7. Taflove A., Hagness S. C. Computational Electrodynamics: the finite-difference time-domain method. 2nd ed. (Boston, Ma: Artech House, 2000)
8. Hirigoyen F., Crocherie A., Vaillant J., Cazaux Y. FDTD-based optical simulations methodology for CMOS image sensor pixels architecture and process optimization. SPIE-IS&T. 2008. 6816: 681609. https://doi.org/10.1117/12.766391
9. Bogolubov A. N., Belokopytov G. V., Dombrovskaya Z. O. Modelling of spectral dependencies for 2D photonic crystal waveguide systems. Moscow University Physics Bulletin. 2013. 5: 8. https://doi.org/10.3103/S0027134913050044
10. Deinega A., Valuevb I. Long-time behavior of PML absorbing boundaries for layered periodic structures. Computer Physics Communications. 2011. 182(1): 149. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2010.06.006
11. Havryliuk O. O., Semchuk O. Yu. Modeling optical spectra of periodic structures using the finite-difference time domain method. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2019. 10(2): 110. https://doi.org/10.15407/hftp10.02.110
