Tutorial de Dispositivos de Perovskita/Orgánicos – Simulación de SCLC
1. Introducción
La corriente limitada por carga espacial (SCLC) ocurre cuando la corriente a través de un dispositivo está limitada por el transporte de portadores inyectados en lugar de por la generación. En este régimen, la densidad de corriente sigue la ley de Mott–Gurney:
\( J = \frac{9}{8} \, \varepsilon \mu \, \frac{V^2}{L^3} \)
donde ε es la constante dieléctrica, μ la movilidad de portadores, V el voltaje aplicado, y L el espesor. Experimentalmente, SCLC es uno de los métodos más utilizados para extraer la movilidad de portadores y las densidades de trampas en semiconductores orgánicos y de perovskita.
2. Configuración de la simulación
Inicie OghmaNano y abra la ventana Nueva simulación (??). Elija la plantilla Diodo SCLC (o, si no está presente, seleccione un diodo de perovskita genérico y configure los contactos para transporte solo de huecos o solo de electrones). Esto configura un dispositivo de prueba simple donde los portadores inyectados dominan la corriente.
3. Ejecución de la simulación
Cambie el Tipo de simulación a curva JV.
Establezca el rango de voltaje de 0 a unos pocos voltios (por ejemplo, 0–5 V).
Pulse Ejecutar simulación (botón azul de reproducción) o F9.
Una vez completado, abra la pestaña Salida y represente jv.csv
(??).
4. Análisis de SCLC
En el gráfico log–log de J frente a V, el régimen SCLC aparece como una pendiente ~2. A partir de la curva, puede aplicar la ley de Mott–Gurney para estimar la movilidad de portadores. Si se incluyen trampas, la pendiente se desvía de 2, lo que permite estimar la densidad de trampas y la distribución energética.
📝 Tarea 1 — Barrido de voltaje
Ejecute la simulación JV en el rango 0–5 V. Vuelva a representarla en escala log–log e identifique la región donde la pendiente es ~2.
Observación esperada
El régimen SCLC aparece como una línea recta con pendiente ≈ 2 en el espacio log–log. Por debajo de esto, la corriente está limitada por la inyección; por encima, puede dominar la resistencia en serie.
🧪 Tarea 2 — Cambiar la movilidad
En los Parámetros eléctricos, cambie la movilidad de portadores ×10 hacia arriba y hacia abajo. Vuelva a ejecutar la simulación y superponga las curvas.
Observación esperada
La curva J–V se desplaza verticalmente en proporción a la movilidad. Mayor movilidad → mayor corriente al mismo voltaje, mientras que la pendiente cuadrática permanece sin cambios.
⚡ Tarea 3 — Añadir trampas
Active estados de trampa (por ejemplo, cola gaussiana o exponencial) en los Parámetros eléctricos. Compare la curva JV con y sin trampas.
Observación esperada
Con trampas, la pendiente en el espacio log–log se desvía de 2 (a menudo entre 2 y 4). El voltaje de inicio se desplaza a valores más altos, lo que indica una eficiencia reducida de recolección de portadores.
✅ Lo que ha aprendido
- Cómo configurar y ejecutar una simulación SCLC en OghmaNano.
- Cómo identificar el régimen cuadrático J–V y utilizarlo para extraer la movilidad.
- Cómo las trampas modifican la pendiente y el inicio de la curva SCLC.
- Cómo la simulación ayuda a interpretar datos experimentales de SCLC.