Simulación CELIV en células solares de perovskita: Parte B

🎯 Objetivos de aprendizaje

Ejecutar una simulación CELIV en OghmaNano usando una plantilla de célula solar de perovskita.
Modificar los parámetros de la rampa de voltaje (voltaje final, longitud de la rampa) y observar su efecto sobre el transitorio CELIV.
Explorar cómo la variación de los valores de movilidad de portadores desplaza el pico de extracción y afecta al cálculo de movilidad.
Investigar la influencia de la intensidad de luz sobre la amplitud y la forma de la señal CELIV.
Desarrollar intuición sobre cómo las condiciones experimentales afectan al análisis CELIV y cómo las simulaciones pueden guiar la interpretación.

Paso 1: Editar la velocidad de rampa

Cinta Editors de OghmaNano con el editor de dominio temporal resaltado. — La cinta **Editors** mostrando el **Time domain editor**. Haga clic aquí para abrir el editor de dominio temporal.

Ventana de experimento en dominio temporal mostrando una configuración de curva JV con histéresis de perovskita. — La configuración predeterminada de JV con histéresis de **Perovskite** mostrada al abrir el editor de dominio temporal. Para ver CELIV, haga clic en el conmutador **CELIV** en la lista de la izquierda.

Ventana de experimento en dominio temporal mostrando el experimento CELIV con una rampa de voltaje desde 0 V hasta –5 V entre 10 y 17 μs. — La configuración del **experimento CELIV**. Aquí se aplica una rampa de voltaje entre aproximadamente 10 µs y 17 µs, barriendo desde 0 V hasta aproximadamente –5 V.

El experimento CELIV se basa en el Time Domain Editor. Las simulaciones en dominio temporal se configuran usando esta herramienta, a la que se puede acceder desde la ventana Editors haciendo clic en el botón Time Domain Editor (??). La primera pestaña presenta el barrido J–V predeterminado en dominio temporal usado para simular histéresis en dispositivos de perovskita (??). En esta configuración el voltaje comienza en 0 V, barre hacia una polarización negativa y luego hacia una polarización positiva — una configuración estándar para simulaciones de histéresis J–V en dominio temporal. Sin embargo, para CELIV no nos interesa el barrido de histéresis, sino más bien el transitorio de extracción. Haciendo clic en la pestaña CELIV, usted puede cambiar a la configuración del experimento CELIV (??). Aquí, la simulación se configura con una prepolarización inicial de +0.6 V, seguida de un barrido lineal hasta –5 V, y después un retorno abrupto al voltaje inicial. El experimento también está definido en condiciones de oscuridad (sin iluminación). Tenga en cuenta que los nombres de las pestañas en el Time Domain Editor son totalmente editables, por lo que puede renombrarlos según sea necesario. Los parámetros del programa de voltaje pueden modificarse directamente usando la tabla en la parte inferior de la ventana.

Cinta Simulation type de OghmaNano mostrando los iconos Perovskite y CELIV, que corresponden a los modos del editor de dominio temporal. — La cinta **Simulation type**. Aquí se muestran los iconos **Perovskite** y **CELIV**, que corresponden a los modos del editor de dominio temporal. Seleccionar **CELIV** ejecuta un transitorio CELIV, mientras que seleccionar **Perovskite** ejecuta el barrido J–V en dominio temporal usado para simulaciones de histéresis.

Desde la ventana principal de OghmaNano, vaya a la cinta Simulation type (??). Verá dos iconos asociados con el editor de dominio temporal: el barrido Perovskite y el barrido CELIV. Estos están directamente vinculados a las formas de onda definidas anteriormente en el Time Domain Editor. Si el botón CELIV está seleccionado, el solucionador ejecutará un transitorio CELIV; si el botón Perovskite está activo, el solucionador realizará en su lugar el barrido J–V en dominio temporal como se demostró anteriormente. Es importante señalar que estos barridos de voltaje siempre se aplican al contacto activo definido en el Contact editor. El mismo principio se aplica a cualquier tipo de dispositivo (por ejemplo OFET, OLED o diodos). Como ejercicio, vuelva al Time Domain Editor en la pestaña CELIV y cambie el voltaje final de –5 V a –6 V. Luego vuelva a ejecutar la simulación y examine cómo se modifica el transitorio de extracción. Las tareas guiadas adicionales a continuación le ayudarán a profundizar su comprensión del análisis CELIV.

📝 Pruébelo usted mismo:

Abra el Time Domain Editor y cambie a la pestaña CELIV.
Cambie el Stop Voltage de –5 V a –10 V.
Vuelva a ejecutar la simulación y compare el nuevo transitorio CELIV con el original. ¿Cómo cambia el pico de extracción en tiempo y amplitud?
Ajuste la Ramp Length para hacer el barrido de voltaje más lento o más rápido. Observe cómo esto afecta a la posición y anchura del pico.
En el editor Electrical parameters, reduzca la movilidad de portadores en un orden de magnitud. Ejecute CELIV de nuevo — ¿cómo cambia el tiempo del pico con la menor movilidad?
Ahora aumente el valor de movilidad (por ejemplo, duplíquelo) y observe el efecto. ¿Se desplaza el pico de extracción hacia tiempos más tempranos como se esperaba?
En la cinta óptica de la ventana principal, aumente el valor de Light intsnity para simular una iluminación mayor/menor. Observe cómo una generación más fuerte incrementa la altura del pico transitorio.

✅ Resultados esperados

Stop Voltage: Un voltaje final más negativo incrementa el campo de extracción, dando lugar a un pico ligeramente más alto y más agudo.
Ramp Length: Un barrido más lento (rampa más larga) desplaza el pico hacia tiempos más tardíos y lo ensancha; un barrido más rápido hace que el pico aparezca antes y sea más estrecho.
Mobility: Una movilidad menor retrasa el pico (mayor t_max), mientras que una movilidad mayor desplaza el pico hacia tiempos más tempranos. Esto se sigue directamente de la ecuación CELIV.
Light Intensity: Aumentar la iluminación eleva la amplitud del pico ya que se generan más portadores. Reducir la iluminación suprime el pico, y con luz muy baja la señal de extracción puede ser difícil de separar de la línea base capacitiva.

Estas tendencias son consistentes con la teoría CELIV y proporcionan una forma de validar tanto su configuración de simulación como su intuición física.