Field-dependent charge collection model for thin film organic photovoltaics
Künye
Kurt, H. (2020). Field-dependent charge collection model for thin film organic photovoltaics. Turkish Journal of Nature and Science, 9(Özel Sayı), 135-140. https://doi.org/10.46810/tdfd.732811Özet
In this study, a unified charge collection model is developed using an optical cavity
dependent charge carrier generation and non-uniform built-in electric field distribution within a
bulk heterojunction photovoltaic device. The charge collection model relies on the experimental
inputs related to the charge carrier dynamics such as mobilities of charge carriers, recombination
lifetime, and junction width of charge carrier species. Optical cavity modes and field strength were
calculated using the experimental variable angle ellipsometry analysis of individual components of
the devices. In order to evaluate the model, ambient processed PCDTBT:PC71BM based
conventional and inverted derive architectures were utilized to underline the effect of unintentional
doping and distinct optical cavity modes. The simulated external quantum efficiency and shortcircuit current density profiles from the model were compared to the experimental results with
differing active layers thicknesses and device architectures. The proposed charge collection model
presented a high degree of correlation with the experimental results and underlined its validity for
further application on other types of organic photovoltaic devices. Bu çalışmada, bir bulk heteroeklem fotovoltaik cihaz içinde optik kaviteye bağlı yük taşıyıcı
üretimini ve homojen olmayan elektrik alan dağılımını gözönünde bulunduran birleştirilmiş yük
toplama modeli geliştirilmiştir. Yük toplama modeli; yük taşıyıcıların mobiliteleri, rekombinasyon
ömrü ve yük taşıyıcı türlerin bağlantı genişliği gibi yük taşıyıcı dinamiği ile ilgili deneysel
girdilere dayanmaktadır. Optik kavite modları ve alan şiddeti, cihazların ayrı ayrı bileşenlerinin
deneysel olarak değişken açılı elipsometri analizi kullanılarak hesaplanmıştır. Modeli
değerlendirmek için, istenmeyen katkılama ve farklı optik kavite modlarının etkisinin altını çizmek
için hava ortamında üretilmiş PCDTBT: PC71BM tabanlı geleneksel ve ters organik fotovoltaik
mimariler karşılaştırmalı olarak kullanılmıştır. Modelden simüle edilen harici kuantum verimliliği
ve kısa devre akım yoğunluğu profilleri, farklı aktif katman kalınlıkları ve cihaz mimarileri ile
yapılan deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Önerilen yük toplama modeli, deney sonuçları ile
yüksek derecede örtüşme göstererek diğer organik fotovoltaik aygıtlarda da uygulaması için
geçerliliğinin altını çizmiştir.