基于级联金属光栅结构的有机太阳能电池宽谱吸收增强

为拓宽活性材料对太阳光谱的吸收范围,实现器件的宽谱吸收增强,本文提出一种基于光栅结构的新型有机太阳能电池器件,该器件在一个周期内引入不同占空比的光栅来构成级联光栅.本文采用时域有限差分法从理论上研究了级联光栅结构对器件吸收性能的影响,结果表明该结构可激发多个表面等离激元谐振,这些不同波长下的谐振模式可以在吸收光谱中同时存在,从而实现宽谱吸收增强.考虑太阳光谱的影响,在TM和TM/TE混合偏振模式下,活性材料的整体吸收效率从等效平板结构的23.9％分别提高到54.2％和36.4％,分别增强126.8％和52.3％,且基于该级联光栅结构的太阳能电池器件可实现在0到65度入射角范围内的广角吸收.此外,在TM偏振模式下,该器件的吸收性能对光栅参数微小误差变化的敏感性较低,适用于实际纳米器件的制备.这项工作的理论结果有助于纳米金属光栅在有机太阳能电池中的应用提供新的理论指导.