Solver de iones móviles en perovskitas
Las perovskitas híbridas son bien conocidas por exhibir un movimiento iónico significativo bajo polarización aplicada o iluminación. Esta lenta redistribución de iones móviles (como yoduro, bromuro, o vacantes) conduce a histéresis corriente–voltaje, degradación dependiente de la polarización y fenómenos transitorios que no pueden capturarse con modelos drift–diffusion puramente electrónicos. Para tener en cuenta este comportamiento, OghmaNano incluye un solver de iones móviles dedicado, implementado siguiendo el enfoque introducido por Calado et al..
La ecuación gobernante para el flujo iónico viene dada por una forma drift–diffusion:
\[ \boldsymbol{J_a} = q \mu_a a_{f} \nabla E_{v} \;-\; q D_a \nabla a_{f}, \label{eq:pdrive} \]
donde:
- \(q\) es la carga elemental,
- \(\mu_a\) es la movilidad de la especie iónica móvil,
- \(a_f\) es la densidad de iones libres,
- \(E_v\) es el potencial electrostático, y
- \(D_a\) es el coeficiente de difusión de los iones, relacionado con \(\mu_a\) mediante la relación de Nernst–Einstein.
La evolución temporal de la densidad iónica se obtiene entonces a partir de la ecuación de continuidad:
\[ \nabla \cdot \boldsymbol{J_a} = - q \frac{\partial a}{\partial t}, \label{eq:contp} \]
Este par de ecuaciones describe cómo los iones derivan en respuesta a campos eléctricos locales y se difunden siguiendo gradientes de concentración, al tiempo que garantiza la conservación de partículas. Las condiciones de contorno se utilizan para representar contactos bloqueantes o inyectantes, según el escenario físico bajo investigación.
En la práctica, resolver estas ecuaciones junto con las ecuaciones electrónicas drift–diffusion permite a OghmaNano reproducir características experimentales clave de los dispositivos de perovskita, incluyendo histéresis en curvas JV, corrientes transitorias lentas y la redistribución del campo eléctrico interno bajo estrés de polarización. Esto convierte al solver de iones en una herramienta esencial para interpretar el comportamiento de dispositivos de perovskita más allá de la imagen electrónica en estado estacionario.