基于光学与光—电转换模型对聚合物电池功能层厚度与性能相关性分析

本文基于Forouhi-Bloomer 模型得到了这种功能层的光学常数.根据菲涅耳系数矩阵法计算了这种器件内的光电场分布,并计算了不同厚度的聚合物功能层的光子吸收数.同时,通过Onsager-Braun理论,分析了在无外加电场下聚合物功能层厚度对激子分离概率的影响.理论分析和实验结果证明:在特定的薄膜制备工艺下,器件结构为ITO/PEDOT/ P3HT:PC₆₀BM /LiF/Al时,聚合物功能层厚度在100 nm左右时,可以使器件的光子吸收数最大化,同时避免了激子分离概率的降低. 关键词： 光学常数 激子 聚合物太阳能电池     

自适应模拟退火遗传算法在薄膜厚度及光学常数反演中的应用

准确的测量薄膜的厚度和光学常数,在薄膜的制备、研究和应用中都是十分重要的。借助Cauchy色散模型,通过薄膜透过率测量曲线,用改进的自适应模拟退火遗传算法对透过率曲线进行全光谱拟合,从而反演得到薄膜的厚度和光学常数。对由电子束蒸发制备的TiO2单层膜和SiO2/TiO2双层膜的厚度和光学常数进行了测量计算。实验结果表明,计算得到的光学参数与实测结果相一致,厚度误差小于2nm,在560nm波长处折射率误差小于0.03。     

确定薄膜厚度和光学常数的一种新方法

借助于不同的色散公式,运用改进的单纯形法拟合分光光度计测得的透过率光谱曲线,来获得薄膜的光学常数和厚度。用科契公式分别对电子束蒸发的TiO2和反应磁控溅射的Si3N4,以及用德鲁特公式对电子束蒸发制备的ITO薄膜进行了测试,结果表明测得的光学常数和厚度,与已知的光学常数以及台阶仪测得的结果具有很好的一致性。这种方法不仅简便,而且不需要输入任何初始值,具有全局优化的能力,对厚度较薄的薄膜也可行。采用不同的色散公式可以获得各种不同薄膜的光学常数和厚度,这在光学薄膜、微电子和微光机电系统中具有实际的应用价值。     

基于传输矩阵法的聚合物太阳能电池光学性能分析

采用基于传输矩阵法的光学模型及Matlab软件,模拟了以聚合物P3HT:PCBM为活性层的倒装太阳能电池,并分析了模拟电池的吸光率及其内部光电场分布。探讨了厚度、入射角度以及新结构对电池光学性能的影响。模拟结果表明,电池的光吸收主要由活性层厚度决定,分别随着电子传输层和空穴传输层厚度的增加而下降。当光入射角度增大时,由于光程的增加电池的吸光率随之增加,在40°入射角时达到最大;由于其他光学作用,器件吸光率在40°入射角以后反而降低;证明了光斜入射时电场在整个器件中分布是不连续的。通过在基本结构的适当位置插入一层薄膜构成的微腔器件,由于光学共振效应能够有效提高电池的光吸收。     

免光学间隔层的高效聚合物太阳能电池

使用相对聚(3乙基噻吩)(P3HT)具有更低能带结构的聚{[9-(1辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-2基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5噻吩二基}(PCDTBT)作为电子给体材料和较C60衍生物(PC60BM)具有更广光谱吸收能力的C70衍生物(PC70BM)作为电子受体材料构建共混体系活性层,制备有机聚合物太阳能电池。通过控制活性层薄膜生长速度、环境得出在N2环境中静置10min时聚合物电池达到了5.65%的高光电转换效率(PCE)。然后,通过进一步优化活性层薄膜厚度短路电流密度大幅提升至14.2mA/cm2,PCE达到5.84%。结果表明,在不使用TiOx等光学间隔层的情况下,通过控制活性层薄膜生长过程和优化活性层薄膜厚度也可以大幅增加短路电流密度,获得高的PCE。     

TiO2光学间隔层增强聚合物太阳能电池光吸收的分析

基于共轭聚合物给体材料聚3-己基噻吩（P3HT）和富勒烯衍生物受体材料（6,6）-苯基-C61（PCBM）共混的体异质结结构的聚合物太阳能电池因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度,从而影响了器件对入射光的吸收、在聚合物功能层和反射电极间插入TiO₂光学间隔层可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收.基于薄膜传递矩阵法计算了不同的P3HT:PCBM功能层厚度和TiO₂插入层厚度的器件内光电场和光吸收.理论分析证明:器件结构为铟锡氧化物（ITO）（100 nm）/聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS（40 nm）/P3HT:PCBM/TiO₂/LiF（1 nm）/Al（120 nm）时,插入10 nm厚的TiO₂膜层可以使器件的聚合物功能层厚度在减薄25 nm的同时增加16.3%的光子吸收数,并且不明显降低功能层的激子分离概率,即功能层和TiO₂光学间隔层厚度分别约为75和10 nm时的器件性能为宜,此结果通过器件性能实验得以证实.     

多层高反膜光学常数和厚度的反演

基于精英保留策略的遗传算法具有良好的全局寻优能力和很强的鲁棒性,基于Levenberg-Marquardt 算法的非线性最小二乘法具有快速、高效的局部收敛能力.研究了将这两种算法结合起来求解多层膜光学常数和厚度的可行性和有效性.结果表明:基于两种算法的组合反演算法综合了这两种算法的优点,能以较大的概率、较高的精度找到在实际约束条件下多层膜的光学常数和厚度,特别是在寻找全局最优解方面表现出色.根据全光谱透射拟合法基本原理,应用组合反演算法分别在考虑测量误差与不考虑测量误差两种情况下反演 15 层规整高反膜的光学常数和厚度,得到了较为精确的薄膜参数.模拟实验表明:此组合反演算法可有效地求解多层膜反演问题,在反演多层膜光学常数和厚度方面具有实际的应用价值.     

磁控溅射不同厚度银膜的微结构及其光学常数

用直流溅射法在室温K9玻璃基底上制备了8.2nm—107.2nm范围内不同厚度的Ag薄膜，并用X射线衍射及计算机辅助优化程序对薄膜的微结构和光学常数进行了测试分析. 结构分析表明：制备的Ag薄膜均呈多晶状态，晶体结构均呈面心立方；随着膜厚的增加，薄膜的平均晶粒尺寸逐渐增大，晶面间距逐渐减小. 计算机辅助优化编程计算的薄膜光学常数分析表明：在波长550nm处，当膜厚小于17.5nm时，随着膜厚的增加，折射率n快速减小，消光系数k则快速增大；当膜厚大于17.5nm时，n和k逐渐趋于稳定. 关键词： 直流溅射镀膜 银膜 微结构 光学常数     

光学常数测量方法的探讨

本文讨论了运用宽光谱光电折射仪和Ｃ２０型精密测角仪，采用不同的方法对各种类型的光学材料进行了从紫外到近红外光谱区域内光学常数的测量，并着重介绍如何运用测角仪在可见光区域内对各种楔型块进行光学常数的测定     

反射光谱包络线法测量光电薄膜的光学常数和厚度

提出了一种利用薄膜反射光谱包络线法计算光电薄膜光学常数和厚度的方法。当一束光照射在基板上的介质膜上时,由于薄膜上、下界面反射光的相干,会使反射光谱的曲线有一定的波动。本文对反射光谱进行了理论分析,给出计算公式,从测量曲线中的实验值得出薄膜的厚度和光学常数。此种方法计算过程简单、迅速,而且易于编程处理。     

制膜工艺对聚合物太阳电池性能影响的研究

用渡越时间法（TOF）分别测试了采用旋涂和滴涂方法制备的poly［2-methoxy-5-（2′-ethylhexyloxy）-1,4- phenylenevinylene］（MEH-PPV）薄膜的空穴迁移率,用原子力显微镜对这两种方法制备的薄膜表面形貌进行了研究.结果表明使用滴涂法有利于聚合物形成有序薄膜结构,能有效提高空穴迁移率.用滴涂法制备的基于MEH-PPV：phenyl C61- butyric acid methyl ester（PCBM）共混薄膜的太阳电池,对比用旋涂法制备的太阳电池,其能量 关键词： 太阳电池 聚合物 迁移率     

Determination of the optical constants of selenium films

The optical constants of evaporated Se films are calculated following Valeev’s method and applied to Se in the visible region. The calculated values are in good agreement with published data.     

Improved SPR technique for determination of the thickness and optical constants of thin metal films

A novel method with single-wavelength light is developed to determine the optical constants and the thickness of a thin metal film. It bases on a new geometry that consists of a coupling prism, a transparent coating layer directly deposited onto the prism base, a thin metal film to be detected, and the air. The attenuated total reflection technique is employed in our configuration to excite two different kinds of surface plasmon waves simultaneously. As a result, the reflection curve shows two obvious surface plasmon resonant dips. Using the Chen's et al. (Opt. Soc. Am. 71 189, 1981) method, we can obtain two sets of () and thickness of the thin metal film through one resonant dip (surface plasmon), then the real value can be determined through the other resonant dip (modified long-range surface plasmon). Compared to conventional double wavelength method and the double-medium technique (Yang et al. Appl. Opt. 27 11, 1988), the present single-scan method avoids both the ambiguity of different conditions caused by two-scan technique, and the dispersion problem with different light wavelength.     

椭偏与光度法联用精确测定吸收薄膜的光学常数与厚度

介绍了一种同时利用椭偏仪和分光光度计精确测量薄膜光学常数的方法, 并详细比较了该方法与使用单一椭偏仪拟合结果的可靠性.采用可变入射角光谱型椭偏仪（VASE）表征了250—1700 nm波段辉光放电法沉积的类金刚石薄膜,研究发现当仅用椭偏参数拟合时,由于厚度与折射率、消光系数的强烈相关性,无法得到吸收薄膜光学常数的准确解.如果加入分光光度计测得的透射率同时拟合,得到的结果具有很好的惟一性.该方法无需设定色散模型即可快速拟合出理想的结果,特别适合于确定透明衬底上较薄吸收膜的光学常数. 关键词： 光学常数 光谱型椭偏仪 吸收薄膜 透射率     

椭偏与光度法联用精确测定吸收薄膜的光学常数与厚度

介绍了一种同时利用椭偏仪和分光光度计精确测量薄膜光学常数的方法, 并详细比较了该方法与使用单一椭偏仪拟合结果的可靠性.采用可变入射角光谱型椭偏仪（VASE）表征了250—1700 nm波段辉光放电法沉积的类金刚石薄膜,研究发现当仅用椭偏参数拟合时,由于厚度与折射率、消光系数的强烈相关性,无法得到吸收薄膜光学常数的准确解.如果加入分光光度计测得的透射率同时拟合,得到的结果具有很好的惟一性.该方法无需设定色散模型即可快速拟合出理想的结果,特别适合于确定透明衬底上较薄吸收膜的光学常数.     

基于透射光谱确定溅射Al2O3薄膜的光学（已撤稿）

基于反应磁控溅射Al₂O₃薄膜的紫外—可见—近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了Al₂O₃薄膜在200—1100 nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现反应磁控溅射Al₂O₃薄膜具有高折射率(1.556— 1.76,测试波长为550 nm)、低吸收和直接能量带隙(3.91—4.20 eV)等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺参数——膜层后处理温度表现出强烈的依赖性.此外,在膜层的弱吸收和中等吸收光谱区域内,计算得到的折射率色散曲线与分光光度法的测试结果基本符合,说明本实验中所建立的计算方法在确定反应磁控溅射Al₂O₃薄膜光学常数方面的可靠性. 关键词： 光学常数 Swanepoel方法 2O₃薄膜')" href="#">Al₂O₃薄膜 热处理     

Measurement of optical constants of thin polymer films using spectrally resolved white light interferometry

Using the spectrally resolved white light interferometry we present our experimental results on the measurement of the optical constants of thin polymer films coated on a transparent substrate. As an extension to our previous work (J. Opt. Soc. Am. B12, 1559 (1995)) on thick glass plates, we have shown here that this technique can be effectively applied to very thin polymer films also. We have improved the accuracy of our results by using the Sellmeier dispersion formula for fitting the data. From the width and position of the zero-order fringe and the frequency of modulations in the white light spectrum, the refractive indexn(λ) and thicknesst of the thin polymer films are calculated. To study the accuracies involved in the technique, PVA, PMMA and PS films of varied thicknesses are coated on glass plates and the measured values are compared with ellipsometer studies.