金纳米粒子FDTD仿真时的设置问题


#1

老师您好,我在复现一篇以lumerical FDTD solution软件仿真的文献时,有些参数不知道怎么设置。
模型很简单,由上至下依次为折射率为1.5的材料,钙钛矿电池300nm,二氧化硅基底,钙钛矿中有金纳米粒子。光源为平面波。


文献中说上下表面的两层材料是半无限的(We consider a plane wave propagating along the z-direction and impinging on a perovskite slab of a certain thickness, Lz, containing a single gold nanoparticle (AuNP), having a semi-infinite glass substrate and a semi-infinite spiro-OMeTAD cover),请问这里的半无限在软件中应该如何设置呢?

2、文章中分别仿真了电池和金纳米粒子的吸收,要怎样设置才能分别得到两者的光吸收呢?
谢谢您!


#2

半无限就是在Z方向的仿真区内有郁其它介质的界面:实际上文献说的很清楚,glass substrate(基底)和spiro-OMeTAD cover(上覆盖层)都是半无限,一个到负无穷另一个到正无穷。在界面以上spiro-OMeTAD介质里面有金纳米粒子。 也可能在基底上面还有钙钛矿电池300nm的厚度。
平面波的话就是说仿真的是周期结构。
你可以添加吸收组计算,例如太阳能器件仿真都用这个分析组。

如果金粒子所在的介质有吸收,而其它介质没有吸收,你可以将总的吸收(1-R-T)减去金粒子的吸收;如果其它介质也有吸收,你可能需要用窗口函数分别计算他们的吸收。

我估计你只是要吸收率而不是吸收分布。先学习那个分析组的使用吧。


#3

老师您好,请问半无限的基底和上覆盖层在软件中怎样设置呢?覆盖层厚度的变化会明显影响吸收层的吸收,而文献中没有给出厚度,半无限是一种厚度的设置吗?应该怎样设置呢?谢谢!


#4

关键是你要计算哪里的吸收?
半无限一般仅对界面附近感兴趣,另外的一个方向用PML截断,相当于光有去无回,不影响界面的场就可以了。substrate-cover-sphere.fsp (278.3 KB)

如果仅计算金纳米粒子的吸收,结果与覆盖层厚度没有关系。
光源一般要位于非吸收介质中,否则吸收的计算可能不正确。
参见附件。


#5

老师您好,我的结构如文件所示,我想分别得到电池层本身(CH3NH3PbI3)和金(Au)纳米粒子的吸收,但是用分析组“Pabs”得到的金纳米粒子吸收和文献中差别很大,文献中提到

在软件怎样设置才能分别计算出金纳米粒子,和电池层本身的光吸收呢?谢谢!reference.fsp (254.8 KB)


#6

你这个情况简单,因为金球和它周围介质的介电常数非常不同,在计算吸收时加一个窗口就可以了。
我修改了金球的材料拟合。


你可以按文献说的计算,结果是
10个频率点结果比较粗糙:

50个频率点更光滑一些:

参见附件。reference (1).fsp (259.7 KB)
plot_A.lsf (225 字节)