Chương 2 Mô Phỏng Quá Trình Hoạt Động
2.1. Nguyên lý mô hình mô phỏng
Hình 2.1. Cấu trúc pin quang điện: thủy tinh/ITO/PEDOT/PCBM/Ca/Al.
Quá trình đầu tiên để dòng điện trong pin mặt trời hữu cơ được tạo ra đó là sự hình thành cặp điện tử lỗ trống (exiton) bởi sự hấp thụ năng lượng của ánh sáng. Khi được tạo ra, exiton có thời gian sống được xác định thông qua sự tái hợp phát xạ hay không phát xạ, hay bởi sự phân tách thành các hạt tải tự do. Quá trình mong muốn chính là quá trình phân tách các exiton thành các hạt tải tự do và có thể bắt giữ hạt tải này tại điện cực. Sự phân tách exiton thành hạt tải có thể diễn ra nhờ tác động bởi một điện trường nào đó hoặc bởi tương tác của chính exiton với bề mặt biên, với tạp chất hay với các khiếm khuyết nơi mà sự truyền điện tích có thể diễn ra. Nguyên nhân do khoảng khuếch tán của exiton thường
bị giới hạn nên chỉ những exiton nào có vị trí phân tách nằm trong giới hạn khuếch tán mới hình thành nên dòng điện.
Nguyên lý cơ bản vận dụng cho mô phỏng sự suy giảm năng lượng quang bên trong pin mặt trời hữu cơ nằm ở chỗ coi ánh sáng kích hoạt pin có bản chất sóng điện từ trường. Sử dụng phương trình chuẩn tắc do Ghosh và Feng đưa ra để mô tả quá trình chuyển hóa điện trường ánh sáng thành dòng điện trong pin. Mô phỏng được dựa theo những giả thiết sau:
1. Các lớp màng trong kết cấu pin là liên tục và đẳng hướng, do vậy có thể
sử dụng chiết suất phức để mô tả hiện tượng kích thích quang.
2. Mặt phẳng tiếp giáp giữa các lớp song song nhau và phẳng so với bước
sóng ánh sáng.
3. Ánh sáng tới được xem xét là sóng phẳng.
4. Dòng hình thành trong pin do các exiton bị phân tách tại mặt biên.
5. Vùng khuếch tán của exiton không phụ thuộc vào năng lượng bị kích
thích.
6. Mọi hạt tải được tạo ra sẽ hình thành nên dòng, nghĩa là không xảy ra hiện