1. ¿Por qué realizar optimización de parámetros?
Al optimizar un dispositivo, un ingeniero o científico suele estar interesado en determinar la estructura óptima en lugar de simplemente explorar cómo varía un único parámetro. Como ejemplo sencillo, una célula solar de perovskita consta de múltiples capas, cada una de las cuales tiene un espesor que influye en el rendimiento del dispositivo. La pregunta pasa entonces a ser: ¿cuál es el espesor óptimo de cada capa?
Si la capa de perovskita se hace muy gruesa, se absorberá una gran fracción de la luz incidente. Sin embargo, la desventaja es que los portadores de carga deben recorrer una mayor distancia para escapar del dispositivo, aumentando su tiempo de residencia y, en consecuencia, la probabilidad de recombinación. Por el contrario, si la capa se hace muy delgada, los portadores pueden extraerse con mayor eficiencia, pero se absorben menos fotones en primer lugar.
La situación se complica aún más por los efectos de interferencia óptica. La luz se refleja múltiples veces en las interfaces dentro del dispositivo, estableciendo patrones de onda estacionaria que dependen fuertemente de los espesores de todas las capas. Como resultado, optimizar una sola capa de forma aislada rara vez es suficiente; en su lugar, deben optimizarse simultáneamente varios espesores de capa.
Para abordar este tipo de problema de optimización multiparámetro, OghmaNano proporciona un Fast optimizer dentro de la ventana de barrido, que puede explorar eficientemente el espacio de parámetros e identificar configuraciones favorables del dispositivo.
2. Apertura del ejemplo
En la ventana New simulation, bajo el subtema Scripting and fitting, varios ejemplos demuestran flujos de trabajo de optimización multiparámetro:
- Electrical layer optimizer: Varía los espesores de dos capas activas en una célula solar orgánica y representa PCE, FF y VOC en función del espesor de capa.
- Optical layer optimizer (Perovskite PV): Varía los espesores de dos capas en una célula solar de perovskita y representa la corriente generada en cada capa.
- Optical layer optimizer (OPV): Varía los espesores de dos capas en un dispositivo OPV y representa la corriente generada en cada capa.
Se puede acceder al ejemplo tratado en esta página mediante el botón New simulation de la ventana principal. Esto abre el navegador New simulation mostrado en ??. Desde ahí, haga doble clic en Scripting and fitting para mostrar la lista de ejemplos de automatización (??), y después haga doble clic en Optical layer optimizer (Perovskite PV) para abrir el ejemplo al que se hace referencia aquí.
3. Uso del optimizador multiparámetro
Una vez abierta la simulación, vaya a la herramienta de barrido, que puede encontrarse en la cinta Automation. Al hacer clic en el icono Parameter scan aparece un barrido ya configurado, etiquetado como optimizer. Al abrir este barrido se muestra la ventana de la Figura ??.A primera vista, esta ventana de barrido parece idéntica a las ventanas de barrido descritas en la sección anterior. La diferencia clave es que el botón Fast optimizer está habilitado. Cuando este modo está activo, los resultados individuales del barrido no se escriben en disco. En su lugar, las métricas de simulación relevantes se recopilan internamente y se escriben en una única tabla al final de la ejecución de optimización.
En este ejemplo, el espesor (dy) de la capa de perovskita se varía entre 300 nm y 500 nm en pasos de 10 nm, mientras que el espesor (dy) de la capa de TiO2 se varía de 100 nm a 300 nm, también en pasos de 10 nm. Intente ejecutar la simulación. Una vez finalizada, use su gestor de archivos para navegar hasta el directorio de simulación y abrir la carpeta llamada optimize. Dentro de esta carpeta encontrará un archivo CSV llamado optimizer_output.csv. Al abrir este archivo en Excel o LibreOffice se obtiene una tabla similar a la mostrada en la Figura ??.
Si examina cuidadosamente la figura 17.8 puede ver que las dos primeras columnas están etiquetadas como epitaxy.layer2.dy y epitaxy.layer1.dy . Estos son los espesores de capa que decidimos cambiar en la ventana de barrido. Para cada capa posterior del dispositivo hay dos columnas, etiquetadas layerX/light_frac_photon_generation y layerX/J. Estas se refieren a la fracción de luz absorbida dentro de la capa y a la corriente máxima que esta capa produciría si toda la luz absorbida dentro de la capa se transformara en corriente. Claramente, si la luz se absorbe dentro de la capa activa tiene una buena probabilidad de convertirse en corriente; sin embargo, si la luz se absorbe dentro del contacto metálico trasero hay pocas probabilidades de que esa luz se convierta en corriente eléctrica. Si usa las herramientas de ordenación incluidas en Excel/LibreOffice podrá averiguar qué estructuras de dispositivo producen la mayor corriente.
optimizer_output.csv abierto en LibreOffice Calc, mostrando parámetros de espesor de capa junto con salidas calculadas como densidad de corriente y generación de fotones para cada capa.