《電漿有機太陽能電池的多物理建模研究》是依託香港大學深圳研究院，由沙威擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電漿有機太陽能電池的多物理建模研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：沙威
- 依託單位：香港大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
能源問題是決定人類自身發展和世界各國經濟發展的重大問題。基於太陽能的光伏發電技術，是替代煤、天然氣、石油等非可再生資源的最為有效的手段之一。本課題將麥克斯韋方程和有機半導體方程（泊松方程、電流連續性方程、漂移-擴散方程）耦合求解，發展精確、快速、高效和統一的有限差分框架，套用於任意二維和三維複雜結構電漿有機太陽能電池的多物理建模，從而發現其深入的光電作用機理，並設計和最佳化新型的器件結構。該課題可為高性能有機光電池的發展奠定理論基礎和工程支持，從而推動中國在光伏發電新能源領域的技術革新和市場優勢。
結題摘要
能源問題是決定人類自身發展和世界各國經濟發展的重大問題。基於太陽能的光伏發電技術，是替代煤、天然氣、石油等非可再生資源的最為有效的手段之一。該項目的主要研究內容分為三個方面：（1）用一致的有限差分技術及多波前快速算法，求解了麥克斯韋方程和半導體方程（泊松、漂移擴散、電流連續性、激子分離擴散），系統建立了有機太陽能電池的多物理場模型。（2）研究了具有代表性的周期光柵陷光結構和納米顆粒聚光結構太陽能電池，分析了電漿效應對上述兩種典型器件光電屬性的影響及其相互作用的物理機制。（3）提出了“電漿-電”效應的全新概念，採用調控活性層電磁場分布的方法來控制載流子的傳輸和複合。配合實驗，設計了新型的器件，證明了理論模型和設計準則的有效性。通過3年的研究，我們發現：設計電漿光電池，不能僅僅考慮光吸收的增強，而應該考慮金屬對器件活性層靜電場分布的改變和光場分布不同對載流子傳輸和複合的影響。高效能器件的設計應儘量保證活性層靜電場分布均勻，並控制光場分布讓電子和空穴的漂移時間儘量平衡（低遷移率的載流子傳輸更短的距離）。另外，對於有機電漿太陽能電池的多物理建模，必須將5個國際單位重新定義。空間格線尺寸約為2納米以保證精度和收斂；時間方向可採用半隱式算法，穩定度比全顯式算法明顯增大，計算速度比全隱式算法大大節省。我們對電漿有機太陽能模型的建立、物理機制的挖掘及原型器件的設計驗證，對高性能、低成本、環境友好的有機薄膜光電池具有重要的理論指導和工程參考意義。因此，該項目將推動中國在光伏發電領域的技術革新和市場優勢。
