有机太阳能电池（OPV）教程 - 第 D 部分（输出与更深入的理解）

1. 电学参数

你可以通过点击主界面中的 电学参数 按钮来访问电学参数编辑器 （见 ??）。 打开后，该编辑器允许你调整迁移率、复合常数、陷阱模型以及与 有源层 相关的其他过程。该窗口如 ?? 所示。 在层编辑器中被设置为 有源 的任何层都会显示在这里。

顶部工具栏用于启用或禁用特定的物理机制——按下按钮即可开启相应机制：

• 漂移–扩散：通常对任何有源层启用。
• Auger 复合：在 OPV 器件中很少使用，但可用于研究 （??）。
• 动态 Shockley–Read–Hall（SRH）陷阱 和 平衡 SRH 陷阱： 用于描述通过陷阱态的复合。在有机模拟中默认启用 （??）。
• 激子（扩散） 和 激子（单线态/三线态）： 用于描述激发态，后文将进一步讨论 （??）。

2. SRH 陷阱与双分子复合

在大多数有机模拟中，动态 Shockley–Read–Hall（SRH）陷阱 默认启用， 因为通过陷阱介导的复合在无序材料中十分常见，并且往往主导复合过程。 然而，对于本入门示例而言，SRH 会引入不必要的复杂性，因此我们将暂时将其关闭。

要关闭 SRH，在工具栏中单击一次 动态 SRH 陷阱 按钮。 相应的 SRH 字段将从 电学参数编辑器 中消失 （见 ??）。 你可以随时再次点击按钮以重新启用 SRH。

仍然必须存在一种复合路径——否则电子和空穴将无限期存在—— 因此在本练习中我们使用 自由-自由（双分子）复合。 在电学参数编辑器中，将 n_free → p_free 复合速率常数 设置为 1 × 10⁻¹⁵ m³·s⁻¹。 该简单模型描述了一个自由电子与一个自由空穴的复合。 虽然这并非对有机半导体的完美描述，但对于本示例已足够。 双分子（自由-自由）复合速率表达式为：

R(x) = k · n(x) · p(x)

其中 R(x) 为复合速率，k 为双分子复合常数， n(x) 与 p(x) 分别为局域电子和空穴浓度。

3. 迁移率、复合、寿命以及 μτ 积

对器件性能而言，两个最重要的参数是 载流子迁移率（μ）和 自由-自由复合常数（k）。 在 OghmaNano 中，这些参数在 电学参数编辑器 中设置： 电子迁移率 和 空穴迁移率 字段控制 μ， 而 n_free → p_free 复合速率常数 字段定义 k （见 ??）。

迁移率决定载流子在器件中漂移的速度：较高的 μ 意味着载流子能更快到达电极， 从而降低发生复合的概率。自由载流子之间的复合（电子与空穴相遇） 决定了 载流子寿命（τ）。 较大的复合常数 k 表明载流子更快复合，导致较短的 τ； 较小的 k 则意味着载流子存活时间更长。 在一个简化的图像中，寿命可与载流子浓度和复合常数近似表示为：

τ ≈ 1 / (k · n)

其中 n 为载流子浓度。 这表明更高的复合常数或更高的载流子浓度都会导致更短的寿命， 而较小的取值会延长 τ，并提高载流子被提取的概率。

迁移率与寿命共同形成 μτ 积（μ·τ）， 用以表示载流子在复合前能够行进的距离。 较大的 μτ 提高了光生载流子逃逸至电极并贡献有效电流的概率。 在实践中，μτ 是描述太阳能电池输运–复合“质量”的一个方便的 性能指标： 具有较高 μτ 的器件/材料堆叠通常能够容忍更厚的有源层， 并表现出更好的载流子收集（通常体现在更高的 J_SC 和 FF 上）。 它并非完整的描述——光学吸收、能级失配和接触选择性同样重要—— 但它提供了一种快速比较不同材料和工艺条件下器件质量的方法。