钙钛矿太阳能电池（PSC）教程 第 B 部分：钙钛矿器件与光照

为理解钙钛矿器件如何吸收光，我们首先需要探索 OghmaNano 内置的光学数据。 该软件包含一个内置库，提供测量得到的以及标准的光谱，你可以将其用作仿真的光照源。

1. 浏览 OghmaNano 的光学数据库

1. 进入 Databases 功能区，如 ?? 所示。
2. 点击 Optical database 图标（彩虹）。这将打开 ?? 所示窗口。
3. 双击 AM1.5G 以加载标准地面太阳光谱。 注意最大辐照度所在区域，以及由地球大气中的分子引起的吸收“凹陷”。 曲线应与 ?? 类似。

2. 理解太阳光谱

任何太阳能电池的性能都强烈依赖于其接收到的太阳光分布。由于太阳的 强度会随一天中的时间与地理位置变化，研究人员使用一个称为 AM1.5G 的参考光谱来使结果可比。 图 ?? 与 ?? 展示了该光谱： 一幅“光谱辐照度–波长”的线图，以及可见光波段的伪彩色表示。 AM1.5G 对应于阳光穿过相当于直射（太阳在头顶）情况下 1.5 倍的地球大气层， 这近似中纬度下午的条件。强度中的凹陷是 大气吸收的特征——臭氧去除部分 UV，而水汽与二氧化碳在红外吸收。 在仿真中使用 AM1.5G，你计算得到的器件效率就可以在同等条件下与已发表的 数值进行比较，包括钙钛矿太阳能电池常被引用的创纪录效率。

3. 钙钛矿材料如何吸收光

太阳能电池由多个层组成，每一层都有其功能。有些用于输运电荷，而另一些则 负责吸收入射光子。要在 OghmaNano 中查看钙钛矿材料的吸收光谱， 请从 ?? 工具栏打开 Materials database。 导航到 perovskite 目录并选择 std_perovskite。 在 Absorption 选项卡下 （??）你将看到该材料 在整个光谱范围内对光的吸收强度。吸收随波长的变化决定了钙钛矿 有源层能够多高效地收集太阳光。

太阳提供连续的波长范围，但每个区域与钙钛矿太阳能电池的相互作用不同：

• UV（≈200–400 nm）：其中很大一部分在到达器件之前会被大气与玻璃层过滤。
• 可见光（≈400–700 nm）：钙钛矿的主要吸收窗口，大部分功率在此范围被收集。
• 近红外（≈700–2500 nm）：尽管该范围携带显著的太阳能量，但薄钙钛矿层对其吸收较弱，因此很大一部分会透过或被反射。
• 中/远红外（>≈2500 nm）：这基本上是热辐射，对光伏转换没有用处。

3. 仿真光吸收

在介绍了 AM1.5G 光谱与钙钛矿材料的吸收特性之后，我们现在可以将这些概念结合起来， 仿真光子在整个器件堆叠内部的分布与吸收方式。该步骤将来自太阳的光学输入 与电池内部电荷产生的空间分布联系起来。

打开 Optical 功能区（图 ??） 并选择 Transfer Matrix Simulation。在出现的窗口中，点击 Run optical simulation（蓝色播放按钮）。 OghmaNano 将使用 transfer-matrix 方法计算按波长与位置分辨的光学场。

仿真会生成若干可视化结果。第一项是 Photon density 分布图，它显示光学场 如何随波长与位置在器件内部的分布（图 ??）。明亮区域对应驻波 条纹以及钙钛矿层及其相邻界面中的高光子密度区域。

第二项是 Photon absorption 分布图，它直接指出光子在何处被吸收并产生电子–空穴对 （图 ??）。该图强调哪些层 负责收集太阳光，并揭示钙钛矿层在整个太阳光谱范围内对入射辐射的捕获效率。