CELIV-Simulation von Perowskit-Solarzellen: Teil B
Schritt 1: Anpassen der Anstiegsgeschwindigkeit
Das CELIV-Experiment basiert auf dem Zeitbereichs-Editor. Zeitbereichssimulationen werden mit diesem Tool konfiguriert, das über das Fenster „Editoren“ durch Klicken auf die Schaltfläche „Zeitbereichs-Editor“ (??) aufgerufen werden kann. Die erste Registerkarte zeigt die Standard-Zeitbereichs-J–V-Messung, die zur Simulation der Hysterese in Perowskit-Bauelementen verwendet wird (??). In dieser Konfiguration beginnt die Spannung bei 0 V, durchläuft dann einen negativen Bereich und anschließend einen positiven Bereich – eine Standardeinstellung für Zeitbereichs-J–V-Hysteresesimulationen. Für CELIV sind wir jedoch nicht an der Hysteresemessung, sondern an der Extraktions-Transienten interessiert. Durch Klicken auf die Registerkarte „CELIV“ können Sie zur CELIV-Experimentkonfiguration wechseln (??). Hier wird die Simulation mit einer anfänglichen Vorspannung von +0,6 V konfiguriert, gefolgt von einer linearen Abnahme auf –5 V und anschließend einer abrupten Rückkehr zur Ausgangsspannung. Das Experiment wird auch unter Dunkelbedingungen (ohne Beleuchtung) durchgeführt. Beachten Sie, dass die Namen der Registerkarten im Zeitbereichs-Editor vollständig bearbeitet werden können, sodass Sie sie bei Bedarf umbenennen können. Die Parameter des Spannungsprogramms können direkt über die Tabelle am unteren Rand des Fensters geändert werden.
Öffnen Sie im Hauptfenster von OghmaNano das Menüband für den Simulationstyp (??). Dort sehen Sie zwei Symbole, die mit dem Zeitbereichs-Editor verbunden sind: „Perowskit-Scan“ und „CELIV-Scan“. Diese sind direkt mit den zuvor im Zeitbereichs-Editor definierten Wellenformen verknüpft. Wenn die Schaltfläche „CELIV“ ausgewählt ist, führt der Solver eine CELIV-Transientenberechnung durch; wenn die Schaltfläche „Perowskit“ aktiv ist, führt der Solver stattdessen die im Zeitbereich durchgeführte J–V-Messung durch, wie bereits gezeigt. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Spannungs-Messungen immer auf den aktiven Kontakt angewendet werden, der im Kontakt-Editor definiert ist. Das gleiche Prinzip gilt für alle Gerätetypen (z. B. OFETs, OLEDs oder Dioden). Versuchen Sie als Übung, zum Zeitbereichs-Editor unter dem Reiter „CELIV“ zurückzukehren und die Stoppspannung von –5 V auf –6 V zu ändern. Führen Sie dann die Simulation erneut aus und untersuchen Sie, wie sich die Extraktions-Transientenkurve verändert. Die unten aufgeführten weiteren, schrittweisen Aufgaben helfen Ihnen, Ihr Verständnis der CELIV-Analyse zu vertiefen.
📝 Probieren Sie es selbst aus:
- Öffnen Sie den Zeitbereichs-Editor und wechseln Sie zum Reiter „CELIV“.
- Ändern Sie die Stoppspannung von –5 V auf –10 V.
- Führen Sie die Simulation erneut aus und vergleichen Sie das neue, vorübergehende CELIV-Signal mit dem ursprünglichen. Wie verschiebt sich der Extraktionspeak in Bezug auf Zeit und Amplitude?
- Passen Sie die Rampenlänge an, um die Spannungsänderung zu verlangsamen oder zu beschleunigen. Beobachten Sie, wie sich dies auf die Position und Breite des Peaks auswirkt.
- Reduzieren Sie im Editor für elektrische Parameter die Trägermobilität um eine Größenordnung. Führen Sie die CELIV-Messung erneut durch – wie verändert die geringere Mobilität die Zeit, zu der das Maximum auftritt?
- Erhöhen Sie nun den Mobilitätswert (z. B. verdoppeln Sie ihn) und notieren Sie sich die Auswirkung. Verschiebt sich der Peak der Extraktion wie erwartet nach vorne?
- Im optischen Bereich des Hauptfensters erhöhen Sie den Wert für die Lichtintensität, um eine höhere bzw. niedrigere Beleuchtung zu simulieren. Beobachten Sie, wie eine stärkere Erzeugung die Höhe des vorübergehenden Spitzenwerts beeinflusst.
✅ Erwartete Ergebnisse
- Abschaltspannung: Eine negativere Abschaltspannung verstärkt das Extraktionsfeld, was zu einem etwas höheren und schärferen Peak führt.
- Anstiegsdauer: Eine langsamere Anstiegsrate (längere Anstiegsdauer) verschiebt den Peak zu einem späteren Zeitpunkt und verbreitert ihn; eine schnellere Anstiegsrate führt zu einem früheren und schmaleren Peak.
- Beweglichkeit: Eine geringere Beweglichkeit verzögert das Auftreten des Maximums (größeres tmax), während eine höhere Beweglichkeit das Maximum nach vorne verlagert. Dies ergibt sich direkt aus der CELIV-Gleichung.
- Lichtintensität: Eine höhere Lichtintensität führt zu einer größeren maximalen Amplitude, da mehr Ladungsträger erzeugt werden. Eine geringere Lichtintensität reduziert die maximale Amplitude, und bei sehr geringer Lichtintensität kann es schwierig sein, das Extraktionssignal von der Kapazitätsgrundlinie zu trennen.
Diese Trends stimmen mit der CELIV-Theorie überein und bieten eine Möglichkeit, sowohl Ihre Simulationseinstellungen als auch Ihr physikalisches Verständnis zu überprüfen.
👉 Nächste Schritte:
- Kehren Sie zur Anleitung zur Simulation von Perowskit-Solarzellen zurück, um die vollständige Übersicht über das Tutorial anzuzeigen.