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OghmaNano Simulation von organischen/Perowskit-Solarzellen, OFETs und OLEDs DOWNLOAD Quick Start guide

Schnittstelleneditor

1. Überblick

Der Interface-Editor steuert elektronische Transportphänomene, die an Materialgrenzflächen auftreten. Für jedes Paar benachbarter Schichten in der Bauelementstruktur werden die Grenzflächen automatisch aufgelistet. Standardmäßig können Ladungsträger gemäß dem Gradienten der Leitungs- oder Valenzbänder über die Grenzflächen driften und diffundieren: Ladungsträger, die sich in Richtung höherer Energie bewegen, stoßen auf Barrieren und passieren diese weniger leicht, während Ladungsträger, die sich in Richtung niedrigerer Energie bewegen, diese leicht passieren können. Der Interface-Editor erweitert dieses grundlegende Drift-Diffusions-Modell, indem er zusätzliche Transportmechanismen einführt, die beispielsweise ansonsten schwierige Übergänge in Richtung höherer Energie unterstützen können. Öffnen Sie den Editor, indem Sie auf das Interface-Symbol (rote, grüne, blaue Balken) in der Registerkarte „Elektrisch“ klicken.

2. Parameter

OghmaNano main window showing how to open the Interface editor from the Electrical ribbon.
OghmaNano – Hauptfenster der Simulation – öffnen Sie den Interface-Editor über die Registerkarte „Electrical“.
Interface editor window with toggles for direct tunneling, organic tunneling, and interface doping.
Schnittstellen-Editor – Konfigurieren Sie die direkte Tunnelung (Elektronen/Löcher), die organische Tunnelung und die an der Schnittstelle lokalisierte Dotierung für eine ausgewählte Materialverbindung.

3. Grenzflächenzustände in SRH-Strukturen

OghmaNano berücksichtigt die Shockley-Read-Hall-Rekombination (SRH) durch Defektzustände, die an den Grenzflächen der Materialien lokalisiert sind. Die Defektdichte an den Grenzflächen wird als Flächenkonzentration \(N_t\) in der Einheit m-2 angegeben.

Die Rekombinationsrate wird mithilfe der Standard-SRH-Formel berechnet:

\[ R_{\mathrm{SRH}} = \frac{np-n_{\mathrm{eq}}p_{\mathrm{eq}}} {\tau_p(n+n_1)+\tau_n(p+p_1)}, \]

wobei \(n\) und \(p\) die lokalen Elektron- und Lochkonzentrationen sind, \(n_{\mathrm{eq}}\) und \(p_{\mathrm{eq}}\) die entsprechenden Gleichgewichtskonzentrationen darstellen und \(n_1\) und \(p_1\) die energetische Position des Fallenenergiestatus beschreiben.

Die Lebensdauer der Elektronen- und Loch-Rekombination beträgt:

\[ \tau_n = \frac{1}{\sigma_n v_{\mathrm{th},n} N_t}, \qquad \tau_p = \frac{1}{\sigma_p v_{\mathrm{th},p} N_t}, \]

wobei \(\sigma_n\) und \(\sigma_p\) die Wirkungsquerschnitte für die Einfangung von Elektronen bzw. Löchern sind und \(v_{\mathrm{th},n}\) und \(v_{\mathrm{th},p}\) die entsprechenden thermischen Geschwindigkeiten darstellen.

Die Dichte der Grenzflächenfallen ist gleichmäßig über die beiden Gitterpunkte verteilt, die an die Materialgrenze angrenzen. Für die linken und rechten Gitterabstände \(\Delta x_L\) bzw. \(\Delta x_R\) sind die entsprechenden lokalen Fallendichten wie folgt:

\[ N_{t,L} = \frac{N_{t,\mathrm{interface}}}{2\Delta x_L}, \qquad N_{t,R} = \frac{N_{t,\mathrm{interface}}}{2\Delta x_R}. \]

Das ergibt:

\[ N_{t,L}\Delta x_L + N_{t,R}\Delta x_R = N_{t,\mathrm{interface}}. \]

Die SRH-Rekombinationsrate wird auf beiden Seiten der Grenzfläche anhand der lokalen Trägerkonzentrationen und der Materialparameter bewertet.

Die Energie der Falle wird relativ zum Zentrum der lokalen Bandlücke angegeben:

\[ E_t = \frac{E_g}{2} + \Delta E_t, \]

wobei \(\Delta E_t\) der Wert ist, der im Feld „Et (bezogen auf Eg/2)“ eingegeben wird. Die Hilfskonzentrationen des SRH-Träger sind:

\[ n_1 = n_i \exp\left( \frac{q(E_t-E_g/2)}{k_B T} \right), \qquad p_1 = n_i \exp\left( \frac{q(E_g/2-E_t)}{k_B T} \right). \]

Die Parameter im Abschnitt „Gleichgewichtszustand, SRH-Fallen“ des Interface-Editors sind:

Die Oberflächenrekombination vom Typ SRH wird verwendet, um rekombinationsprozesse zu modellieren, die durch Defekte an Materialgrenzen unterstützt werden, einschließlich der Grenzflächen zwischen Halbleitern und Transportschichten in Solarzellen, LEDs und anderen mehrschichtigen Bauelementen. Sie ist besonders nützlich für die Untersuchung der Oberflächenpassivierung, bei der Veränderungen der Dichte von Oberflächenzuständen oder der Querschnittsfläche für die Einfangreaktion die nicht-strahlende Rekombinationsrate beeinflussen.

4. Anwendung in Simulationen

Die Eigenschaften der Grenzfläche haben einen starken Einfluss auf den Stromtransport und die Eigenschaften der Bauelemente:

Durch die Kombination dieser Mechanismen ermöglicht der Interface-Editor es Ihnen, die realen physikalischen Eigenschaften von Bauelementen in organischen und hybriden Heterostrukturen zu modellieren, von der durch Fallen unterstützten Tunnelung in OLEDs bis hin zu den Ladungseffekten an den Grenzflächen von OFETs.