Ebenen-Editor

1. Überblick

Nahezu alle optoelektronischen Bauelemente, darunter Solarzellen, OLEDs und OFETs, bestehen aus einer Abfolge von Materialschichten. Bei anorganischen Bauelementen werden diese Schichten häufig mithilfe von Verfahren wie der Vakuumabscheidung hergestellt, während bei organischen und hybriden Bauelementen Techniken wie das Aufbringen durch Schleuderbeschichtung oder Druckverfahren eingesetzt werden. In OghmaNano wird diese Schichtstruktur im Schichteditor dargestellt, der eine Schnittstelle zur Definition und Modifizierung der Epitaxie eines Bauelements bietet. Der Begriff Epitaxie stammt aus der anorganischen Halbleiterphysik, bezieht sich aber in OghmaNano einfach auf die geordnete Anordnung der Schichten, aus denen ein Bauelement besteht.

OghmaNano main interface with the Layer editor button highlighted in the Device structure tab. — Hauptsimulationsfenster von OghmaNano – die Schaltfläche „Layer-Editor“ ist unter der Registerkarte „Gerätestruktur“ hervorgehoben. Verwenden Sie diese, um den Layer-Editor zu öffnen und die Schichtstruktur des Geräts anzuzeigen oder zu bearbeiten.

Layer editor window displaying the device structure table with columns for layer name, thickness, optical material, and type. — Fenster des Layereditors – zeigt den Gerätestapel als Tabelle von Layern mit Eigenschaften wie Name, Dicke, optisches Material und Layertyp. Eine der Layer kann als aktive Layer festgelegt werden, in der hauptsächlich Photogenerierung oder Ladungstransport stattfindet.

2. Eine Ebene definieren

Der Layer-Editor zeigt das Gerät als eine Tabelle von Layern an. Jede Zeile enthält:

Ebenenname – die Bezeichnung, die zur Identifizierung der Ebene verwendet wird.
Dicke – die physische Dicke der Schicht.
Optisches Material – der Eintrag in der Materialdatenbank, der den Brechungsindex und die Absorptionsdaten enthält.
Schichttyp – gibt an, ob es sich bei der Schicht um eine Kontaktschicht, eine elektrisch aktive Schicht oder eine nicht elektrisch aktive Schicht handelt.
ID – die Spalte ganz rechts enthält die eindeutige ID der Ebene (die Objektkennung aus der JSON-Datei des Projekts). Sie können diese Spalte erweitern, um den vollständigen Wert anzuzeigen und zu kopieren. Verwenden Sie diese ID beim Schreiben von Skripten oder beim Durchsuchen der JSON-Datei, um eine bestimmte Ebene eindeutig zu identifizieren – auch wenn sich ihr für den Benutzer lesbarer Name ändert.

3. Schichttypen

Jeder Schicht in einem Bauelement muss ein Schichttyp zugewiesen werden, der bestimmt, wie sie in der Simulation behandelt wird. Es gibt drei mögliche Typen:

Kontakt – bezeichnet die elektrischen Kontakte an den Rändern des Bauelements (in der Regel an der Ober- und Unterseite). Diese dienen als Stromableitpunkte und legen die Randbedingungen fest, die vom elektrischen Solver verwendet werden.
Aktiv – bezeichnet eine Halbleiterschicht, in der sowohl Elektronen als auch Löcher vorhanden sind und in der die Drift-Diffusions- und Poisson-Gleichungen gelöst werden. Hier finden Ladungstransport, Rekombination und Erzeugung statt.
Sonstige – umfasst alle verbleibenden Schichten, wie z. B. Transportschichten, Pufferschichten oder Verkapselungsschichten. Diese Schichten werden im optischen und thermischen Modell berücksichtigt, jedoch nicht im Drift-Diffusions-Solver.

Es ist ein häufiger Fehler, die Drift-Diffusions-Gleichungen in jeder Schicht des Bauelements lösen zu wollen. In der Praxis ist dies unnötig: Viele Schichten bestehen aus einem einzigen Ladungsträgertyp oder sind hochleitfähig – zum Beispiel die Lochtransportschicht (HTL) und die Elektronentransportschicht (ETL) in organischen Bauelementen –, sodass dort keine Elektronen-Loch-Rekombination und die damit verbundenen Dynamiken von Ladungsträgerpaaren auftreten. Das Lösen der Drift-Diffusions-Gleichungen in solchen Bereichen erhöht den Rechenaufwand, ohne zusätzliche physikalische Erkenntnisse zu liefern. Verwenden Sie das Kennzeichen für die aktive Schicht nur, wenn Sie unbedingt die gekoppelten Drift-Diffusions- und Poisson-Gleichungen lösen müssen – zum Beispiel in der photoaktiven Schicht einer Solarzelle, im Kanal eines OFET oder in einem Bereich, in dem sowohl Elektronen als auch Löcher vorhanden sind und ihr Transport/ihre Rekombination explizit modelliert werden muss. Schichten wie HTL/ETL, hochleitfähige Pufferschichten oder Metallkontakte sollten in der Regel nicht als aktiv gekennzeichnet werden, es sei denn, man möchte Effekte wie S-förmige Strom-Spannungs-Kennlinien in Solarzellen untersuchen.