Simulación de una célula solar tándem de perovskita/silicio: estructura del dispositivo, difusión por deriva, curvas J-V y generación óptica.Simulación de una célula solar tándem de perovskita/silicio: estructura del dispositivo, difusión por deriva, curvas J-V y generación óptica.

2. Abrir el ejemplo de la célula solar en tándem.2. Abrir el ejemplo de la célula solar en tándem.

Inicie OghmaNano y seleccione «Nueva simulación». El navegador de ejemplos se muestra en ??. Vaya a la colección que contiene el ejemplo de la estructura en tándem de perovskita/silicio y ábralo; ?? muestra una vista posterior de la selección del ejemplo. Cuando se carga la simulación, la pestaña «Estructura del dispositivo» muestra el dispositivo apilado (??).Inicie OghmaNano y seleccione «Nueva simulación». El navegador de ejemplos se muestra en ??. Vaya a la colección que contiene el ejemplo de la estructura en tándem de perovskita/silicio y ábralo; ?? muestra una vista posterior de la selección del ejemplo. Cuando se carga la simulación, la pestaña «Estructura del dispositivo» muestra el dispositivo apilado (??).

Tómese un momento para identificar la estructura del dispositivo, las áreas de Terminal y Salida de la ventana principal. En la primera, podrá examinar la pila de capas y sus ajustes. La ventana de Terminal muestra el progreso de los cálculos numéricos, mientras que la ventana de Salida contiene los archivos de datos y los gráficos generados. Guarde una copia del ejemplo antes de realizar modificaciones, para que pueda volver fácilmente a la configuración original.Tómese un momento para identificar la estructura del dispositivo, las áreas de Terminal y Salida de la ventana principal. En la primera, podrá examinar la pila de capas y sus ajustes. La ventana de Terminal muestra el progreso de los cálculos numéricos, mientras que la ventana de Salida contiene los archivos de datos y los gráficos generados. Guarde una copia del ejemplo antes de realizar modificaciones, para que pueda volver fácilmente a la configuración original.

3. La pila de capas de perovskita y silicio.3. La pila de capas de perovskita y silicio.

Abra el editor de capas (??). El ejemplo contiene nueve regiones enumeradas, incluidas las capas ópticas o de contacto y las regiones semiconductoras utilizadas en el cálculo eléctrico. La mejor manera de comprender la estructura es analizarla desde la superficie frontal iluminada hacia el contacto trasero del lado de aluminio.Abra el editor de capas (??). El ejemplo contiene nueve regiones enumeradas, incluidas las capas ópticas o de contacto y las regiones semiconductoras utilizadas en el cálculo eléctrico. La mejor manera de comprender la estructura es analizarla desde la superficie frontal iluminada hacia el contacto trasero del lado de aluminio.

La estructura contiene dos absorbentes de luz fundamentalmente diferentes. El perovskito de 500 nm es delgado y tiene una banda prohibida más amplia, mientras que el silicio de 10 µm es más grueso y absorbe fotones de menor energía. El perovskito y el silicio no están simplemente conectados colocando sus absorbentes en contacto: la capa de transporte de huecos, la región de recombinación, la interconexión de ITO y el emisor de silicio dopado se combinan para establecer la conexión eléctrica entre ellos.La estructura contiene dos absorbentes de luz fundamentalmente diferentes. El perovskito de 500 nm es delgado y tiene una banda prohibida más amplia, mientras que el silicio de 10 µm es más grueso y absorbe fotones de menor energía. El perovskito y el silicio no están simplemente conectados colocando sus absorbentes en contacto: la capa de transporte de huecos, la región de recombinación, la interconexión de ITO y el emisor de silicio dopado se combinan para establecer la conexión eléctrica entre ellos.

La capa de ITO que se encuentra en la parte frontal y la capa de ITO que se encuentra en el interior del dispositivo tienen funciones diferentes. La capa de ITO frontal proporciona un electrodo transparente, mientras que la capa de ITO interna proporciona una interconexión conductora entre las subcélulas. Por lo tanto, es perfectamente lógico que la capa de ITO aparezca dos veces en una pila tándem. La captura de pantalla del editor de capas es útil para verificar la asignación de materiales y los espesores antes de realizar cualquier cambio.La capa de ITO que se encuentra en la parte frontal y la capa de ITO que se encuentra en el interior del dispositivo tienen funciones diferentes. La capa de ITO frontal proporciona un electrodo transparente, mientras que la capa de ITO interna proporciona una interconexión conductora entre las subcélulas. Por lo tanto, es perfectamente lógico que la capa de ITO aparezca dos veces en una pila tándem. La captura de pantalla del editor de capas es útil para verificar la asignación de materiales y los espesores antes de realizar cualquier cambio.

4. Perfiles de dopaje y parámetros de los materiales eléctricos.4. Perfiles de dopaje y parámetros de los materiales eléctricos.

Seleccione «Dopaje / Iones» para examinar la distribución del dopaje (??). La parte de silicio contiene un emisor de tipo n+ con un alto nivel de dopaje donador, adyacente a un absorbedor de tipo p con un nivel de dopaje aceptor más bajo. Estos elementos forman la unión fotovoltaica de silicio. La capa superior de perovskita, en cambio, se basa en sus contactos de capa de transporte y en la alineación de las bandas electrónicas para seleccionar electrones y huecos.Seleccione «Dopaje / Iones» para examinar la distribución del dopaje (??). La parte de silicio contiene un emisor de tipo n+ con un alto nivel de dopaje donador, adyacente a un absorbedor de tipo p con un nivel de dopaje aceptor más bajo. Estos elementos forman la unión fotovoltaica de silicio. La capa superior de perovskita, en cambio, se basa en sus contactos de capa de transporte y en la alineación de las bandas electrónicas para seleccionar electrones y huecos.

En un semiconductor, los átomos dopantes ionizados contribuyen a la carga espacial en la ecuación de Poisson. El campo eléctrico interno resultante influye en la recolección de portadores y en la curvatura espacial de las bandas de conducción y de valencia. El dopaje también modifica las poblaciones de portadores mayoritarios y minoritarios y, por lo tanto, puede influir en la recombinación. Es útil comparar la concepción del dopaje con los diagramas de bandas y de densidad de portadores que se presentan más adelante en este tutorial: uno muestra el fondo ionizado fijo, mientras que los otros muestran la respuesta autoconsistente de los portadores móviles.En un semiconductor, los átomos dopantes ionizados contribuyen a la carga espacial en la ecuación de Poisson. El campo eléctrico interno resultante influye en la recolección de portadores y en la curvatura espacial de las bandas de conducción y de valencia. El dopaje también modifica las poblaciones de portadores mayoritarios y minoritarios y, por lo tanto, puede influir en la recombinación. Es útil comparar la concepción del dopaje con los diagramas de bandas y de densidad de portadores que se presentan más adelante en este tutorial: uno muestra el fondo ionizado fijo, mientras que los otros muestran la respuesta autoconsistente de los portadores móviles.

En el ejemplo, se utiliza una densidad de emisores de silicio de aproximadamente 1025 m−3 y una densidad de aceptores de silicio de aproximadamente 1,8 × 1022 m−3. OghmaNano almacena estos valores en unidades del Sistema Internacional; para convertir las concentraciones de m−3 a cm−3, divida por 106.En el ejemplo, se utiliza una densidad de emisores de silicio de aproximadamente 1025 m−3 y una densidad de aceptores de silicio de aproximadamente 1,8 × 1022 m−3. OghmaNano almacena estos valores en unidades del Sistema Internacional; para convertir las concentraciones de m−3 a cm−3, divida por 106.

Abra el editor de parámetros eléctricos y seleccione las pestañas n+-Si y Silicio. Los dos paneles (?? y ??) contienen las propiedades eléctricas asignadas al emisor y al absorbedor, incluyendo la banda prohibida, las densidades de estados efectivas, la movilidad y las opciones de recombinación. En el modelo proporcionado, ambas regiones de silicio tienen una banda prohibida eléctrica de 1,12 eV y una afinidad electrónica de 4,05 eV. Sus bordes de banda de material idénticos y sus diferentes niveles de dopaje permiten que se desarrolle el campo interno en la unión p-n de silicio.Abra el editor de parámetros eléctricos y seleccione las pestañas n+-Si y Silicio. Los dos paneles (?? y ??) contienen las propiedades eléctricas asignadas al emisor y al absorbedor, incluyendo la banda prohibida, las densidades de estados efectivas, la movilidad y las opciones de recombinación. En el modelo proporcionado, ambas regiones de silicio tienen una banda prohibida eléctrica de 1,12 eV y una afinidad electrónica de 4,05 eV. Sus bordes de banda de material idénticos y sus diferentes niveles de dopaje permiten que se desarrolle el campo interno en la unión p-n de silicio.

El absorbente de silicio está configurado con una movilidad intrínseca mayor que el emisor altamente dopado. Su movilidad electrónica es de aproximadamente 0,135 m²/V·s, y su movilidad de huecos es de aproximadamente 0,045 m²/V·s. La perovskita utiliza una banda prohibida eléctrica de 1,63 eV, con una movilidad de electrones y huecos de aproximadamente 0,0035 m²/V·s. Estos parámetros son relevantes para determinar cómo se desplazan los portadores de carga a través de cada absorbente cuando se aplica iluminación y voltaje.El absorbente de silicio está configurado con una movilidad intrínseca mayor que el emisor altamente dopado. Su movilidad electrónica es de aproximadamente 0,135 m²/V·s, y su movilidad de huecos es de aproximadamente 0,045 m²/V·s. La perovskita utiliza una banda prohibida eléctrica de 1,63 eV, con una movilidad de electrones y huecos de aproximadamente 0,0035 m²/V·s. Estos parámetros son relevantes para determinar cómo se desplazan los portadores de carga a través de cada absorbente cuando se aplica iluminación y voltaje.

OghmaNano resuelve la ecuación de Poisson junto con las ecuaciones de continuidad de electrones y huecos para calcular el transporte de carga a través de la célula solar en tándem. En la aproximación de deriva-difusión, las densidades de corriente de electrones y huecos se definen de la siguiente manera:OghmaNano resuelve la ecuación de Poisson junto con las ecuaciones de continuidad de electrones y huecos para calcular el transporte de carga a través de la célula solar en tándem. En la aproximación de deriva-difusión, las densidades de corriente de electrones y huecos se definen de la siguiente manera:

Aquí, \(n\) y \(p\) representan la densidad de electrones libres y de huecos, respectivamente; \(\mu_n\) y \(\mu_p\) son sus movilidades; \(D_n\) y \(D_p\) son los coeficientes de difusión; y \(E_c\) y \(E_v\) son las energías de la banda de conducción y de la banda de valencia, expresadas en eV. Los gradientes en el borde de la banda describen las fuerzas impulsoras del transporte de portadores, incluyendo los efectos del potencial electrostático y las propiedades del material.Aquí, \(n\) y \(p\) representan la densidad de electrones libres y de huecos, respectivamente; \(\mu_n\) y \(\mu_p\) son sus movilidades; \(D_n\) y \(D_p\) son los coeficientes de difusión; y \(E_c\) y \(E_v\) son las energías de la banda de conducción y de la banda de valencia, expresadas en eV. Los gradientes en el borde de la banda describen las fuerzas impulsoras del transporte de portadores, incluyendo los efectos del potencial electrostático y las propiedades del material.

Las ecuaciones se resuelven de forma autoconsistente, teniendo en cuenta la generación y la recombinación de portadores. Esto es especialmente importante en un dispositivo en tándem, donde los cambios en la banda prohibida y la afinidad electrónica influyen en el transporte de portadores a través de múltiples interfaces semiconductoras. Para obtener una derivación detallada, consulte la teoría de deriva-difusión de OghmaNano y la teoría de la interfaz semiconductora.Las ecuaciones se resuelven de forma autoconsistente, teniendo en cuenta la generación y la recombinación de portadores. Esto es especialmente importante en un dispositivo en tándem, donde los cambios en la banda prohibida y la afinidad electrónica influyen en el transporte de portadores a través de múltiples interfaces semiconductoras. Para obtener una derivación detallada, consulte la teoría de deriva-difusión de OghmaNano y la teoría de la interfaz semiconductora.

5. Conexión de las dos uniones fotovoltaicas.5. Conexión de las dos uniones fotovoltaicas.

La característica más distintiva de una celda en tándem de dos terminales es su interconexión eléctrica interna. Las uniones fotovoltaicas superior e inferior están conectadas en serie, por lo que la corriente que se suministra a través de todo el dispositivo debe ser la misma en ambas. Los voltajes generados por las subceldas pueden sumarse, siempre y cuando la conexión entre ellas no provoque pérdidas excesivas.La característica más distintiva de una celda en tándem de dos terminales es su interconexión eléctrica interna. Las uniones fotovoltaicas superior e inferior están conectadas en serie, por lo que la corriente que se suministra a través de todo el dispositivo debe ser la misma en ambas. Los voltajes generados por las subceldas pueden sumarse, siempre y cuando la conexión entre ellas no provoque pérdidas excesivas.

El modelo incluye una región de recombinación eficaz de 1 nm y una interconexión de ITO de 55 nm. En este ejemplo, la región de recombinación utiliza un canal de recombinación deliberadamente fuerte, en el que los electrones libres se recombinan con las huecos libres. Esto proporciona una forma práctica de representar la aniquilación interna de portadores de carga opuestos en la conexión en serie, donde la carga de las uniones fotovoltaicas superior e inferior se encuentra.El modelo incluye una región de recombinación eficaz de 1 nm y una interconexión de ITO de 55 nm. En este ejemplo, la región de recombinación utiliza un canal de recombinación deliberadamente fuerte, en el que los electrones libres se recombinan con las huecos libres. Esto proporciona una forma práctica de representar la aniquilación interna de portadores de carga opuestos en la conexión en serie, donde la carga de las uniones fotovoltaicas superior e inferior se encuentra.

En este ejemplo se utiliza un coeficiente eficaz B = 10−7 m3 s−1 en esta delgada región. Su función es hacer que la interconexión del dispositivo en tándem sea suficientemente activa en cuanto a la recombinación; se trata de un parámetro eficaz de la unión, y no de un coeficiente de radiación medido para el ITO en bloque. Las dos regiones de ITO tienen posiciones ópticas separadas, y la configuración de la capa de recombinación debe interpretarse en el contexto de esa conexión eléctrica.En este ejemplo se utiliza un coeficiente eficaz B = 10−7 m3 s−1 en esta delgada región. Su función es hacer que la interconexión del dispositivo en tándem sea suficientemente activa en cuanto a la recombinación; se trata de un parámetro eficaz de la unión, y no de un coeficiente de radiación medido para el ITO en bloque. Las dos regiones de ITO tienen posiciones ópticas separadas, y la configuración de la capa de recombinación debe interpretarse en el contexto de esa conexión eléctrica.

En una configuración en tándem de dos terminales, las subcélulas se conectan eléctricamente para que tengan la misma corriente. Si una subcélula pudiera generar menos fotocorriente que la otra en condiciones de cortocircuito independientes, el punto de funcionamiento de la configuración en tándem se ajusta para que ambas tengan la misma corriente. Por este motivo, los cambios en el espectro de absorción de la célula superior pueden afectar al funcionamiento de la célula inferior, incluso cuando ninguno de los parámetros del silicio se ha modificado.En una configuración en tándem de dos terminales, las subcélulas se conectan eléctricamente para que tengan la misma corriente. Si una subcélula pudiera generar menos fotocorriente que la otra en condiciones de cortocircuito independientes, el punto de funcionamiento de la configuración en tándem se ajusta para que ambas tengan la misma corriente. Por este motivo, los cambios en el espectro de absorción de la célula superior pueden afectar al funcionamiento de la célula inferior, incluso cuando ninguno de los parámetros del silicio se ha modificado.

6. Contactos, configuración de la interfaz y malla numérica.6. Contactos, configuración de la interfaz y malla numérica.

Abra el editor de contactos (??) para inspeccionar las conexiones eléctricas superior e inferior. En este cálculo unidimensional, los contactos definen el voltaje aplicado a lo largo de toda la estructura en tándem y las condiciones de contorno para la extracción de portadores. No deben confundirse con las capas de contacto óptico frontal y posterior que se visualizan en el editor de la estructura.Abra el editor de contactos (??) para inspeccionar las conexiones eléctricas superior e inferior. En este cálculo unidimensional, los contactos definen el voltaje aplicado a lo largo de toda la estructura en tándem y las condiciones de contorno para la extracción de portadores. No deben confundirse con las capas de contacto óptico frontal y posterior que se visualizan en el editor de la estructura.

A continuación, abra el editor de la malla eléctrica (??). OghmaNano utiliza una malla eléctrica unidimensional en la dirección y, siguiendo la dirección normal a la capa. La malla divide la perovskita, la interconexión efectiva, el emisor de silicio y el absorbedor de silicio en intervalos numéricos, sobre los cuales se calculan las densidades de portadores y el potencial electrostático.A continuación, abra el editor de la malla eléctrica (??). OghmaNano utiliza una malla eléctrica unidimensional en la dirección y, siguiendo la dirección normal a la capa. La malla divide la perovskita, la interconexión efectiva, el emisor de silicio y el absorbedor de silicio en intervalos numéricos, sobre los cuales se calculan las densidades de portadores y el potencial electrostático.

Las capas delgadas y los absorbentes gruesos requieren diferentes niveles de resolución. La capa de transporte de huecos (HTL) y la región de recombinación tienen un grosor de aproximadamente 1 nm cada una, mientras que el absorbente de silicio se extiende a lo largo de 10 µm. Una malla bien diseñada coloca suficientes puntos cerca de las transiciones abruptas de material y de dopaje, y al mismo tiempo permite resolver la región de silicio, que es mucho más grande. La malla eléctrica proporcionada contiene un número nominal de segmentos de 5, 6, 6, 2, 4 y 20 en sus seis regiones modeladas eléctricamente. Si posteriormente modifica el grosor o el dopaje de una capa, examine la malla antes de interpretar los resultados.Las capas delgadas y los absorbentes gruesos requieren diferentes niveles de resolución. La capa de transporte de huecos (HTL) y la región de recombinación tienen un grosor de aproximadamente 1 nm cada una, mientras que el absorbente de silicio se extiende a lo largo de 10 µm. Una malla bien diseñada coloca suficientes puntos cerca de las transiciones abruptas de material y de dopaje, y al mismo tiempo permite resolver la región de silicio, que es mucho más grande. La malla eléctrica proporcionada contiene un número nominal de segmentos de 5, 6, 6, 2, 4 y 20 en sus seis regiones modeladas eléctricamente. Si posteriormente modifica el grosor o el dopaje de una capa, examine la malla antes de interpretar los resultados.

El editor de interfaz (??) proporciona los controles para las opciones de transporte y recombinación relacionadas con la interfaz. Para esta primera guía paso a paso, conserve los valores predeterminados. El objetivo del cálculo inicial es observar cómo se comporta la celda configurada antes de explorar los efectos de los parámetros individuales de la interfaz.El editor de interfaz (??) proporciona los controles para las opciones de transporte y recombinación relacionadas con la interfaz. Para esta primera guía paso a paso, conserve los valores predeterminados. El objetivo del cálculo inicial es observar cómo se comporta la celda configurada antes de explorar los efectos de los parámetros individuales de la interfaz.

7. Ejecutar la simulación de corriente-voltaje con iluminación.7. Ejecutar la simulación de corriente-voltaje con iluminación.

Desde los controles del modo de simulación, seleccione J-V y abra su editor (??). El barrido predefinido comienza en −0,10 V, se detiene en 1,80 V y utiliza incrementos de 0,02 V. La fuente de iluminación utiliza el espectro solar AM1.5G con un multiplicador de intensidad equivalente a una unidad solar. La generación de portadores de carga se calcula utilizando el modelo de matriz de transferencia óptica.Desde los controles del modo de simulación, seleccione J-V y abra su editor (??). El barrido predefinido comienza en −0,10 V, se detiene en 1,80 V y utiliza incrementos de 0,02 V. La fuente de iluminación utiliza el espectro solar AM1.5G con un multiplicador de intensidad equivalente a una unidad solar. La generación de portadores de carga se calcula utilizando el modelo de matriz de transferencia óptica.

Antes de iniciar la ejecución, revise la pestaña de Resultados (??). Haga clic en Ejecutar simulación. La pestaña Terminal muestra el progreso del cálculo; ?? y ?? ilustran dos etapas del proceso. Cuando finalice la ejecución, vuelva a la pestaña de Resultados (??) para consultar los resultados.Antes de iniciar la ejecución, revise la pestaña de Resultados (??). Haga clic en Ejecutar simulación. La pestaña Terminal muestra el progreso del cálculo; ?? y ?? ilustran dos etapas del proceso. Cuando finalice la ejecución, vuelva a la pestaña de Resultados (??) para consultar los resultados.

Abra el archivo jv.csv guardado para visualizar la curva de corriente-voltaje iluminada. Una célula solar tiene dos puntos de intersección especialmente útiles: la densidad de corriente de cortocircuito, que se mide con una tensión terminal de cero, y la tensión de circuito abierto, en la que la densidad de corriente externa es cero. Entre estos puntos de funcionamiento se encuentra el punto de máxima potencia, donde la célula proporciona su mayor densidad de potencia eléctrica útil.Abra el archivo jv.csv guardado para visualizar la curva de corriente-voltaje iluminada. Una célula solar tiene dos puntos de intersección especialmente útiles: la densidad de corriente de cortocircuito, que se mide con una tensión terminal de cero, y la tensión de circuito abierto, en la que la densidad de corriente externa es cero. Entre estos puntos de funcionamiento se encuentra el punto de máxima potencia, donde la célula proporciona su mayor densidad de potencia eléctrica útil.

En el caso de un dispositivo en tándem, es especialmente importante recordar que la corriente medida en los terminales es la corriente común de ambas subcélulas, y no la suma de dos corrientes de cortocircuito independientes. El voltaje en tándem incluye las contribuciones de ambas uniones fotovoltaicas. Esto convierte a la curva J-V del dispositivo en tándem en un indicador práctico del rendimiento general, mientras que los gráficos que muestran la distribución espacial revelan cómo se logra ese rendimiento.En el caso de un dispositivo en tándem, es especialmente importante recordar que la corriente medida en los terminales es la corriente común de ambas subcélulas, y no la suma de dos corrientes de cortocircuito independientes. El voltaje en tándem incluye las contribuciones de ambas uniones fotovoltaicas. Esto convierte a la curva J-V del dispositivo en tándem en un indicador práctico del rendimiento general, mientras que los gráficos que muestran la distribución espacial revelan cómo se logra ese rendimiento.

El panel de información de la simulación proporciona detalles sobre la ejecución y los resultados. Consulte los valores numéricos de rendimiento en los archivos de datos o en la salida de información de la simulación, en lugar de estimarlos a partir de la imagen en miniatura. Las capturas de pantalla le guiarán para que utilice los controles correctos; los archivos de salida CSV son la fuente adecuada para obtener los valores exactos de corriente, voltaje y eficiencia.El panel de información de la simulación proporciona detalles sobre la ejecución y los resultados. Consulte los valores numéricos de rendimiento en los archivos de datos o en la salida de información de la simulación, en lugar de estimarlos a partir de la imagen en miniatura. Las capturas de pantalla le guiarán para que utilice los controles correctos; los archivos de salida CSV son la fuente adecuada para obtener los valores exactos de corriente, voltaje y eficiencia.

8. Análisis de la estructura de bandas y de la concentración de portadores de carga.8. Análisis de la estructura de bandas y de la concentración de portadores de carga.

La curva J-V describe el funcionamiento completo del dispositivo, pero no indica dónde se producen los campos eléctricos internos ni cómo cambian las poblaciones de electrones y huecos a lo largo de la estructura. OghmaNano permite guardar perfiles internos en diferentes puntos del rango de voltaje. Abra los archivos guardados que contienen la información sobre las bandas de energía y la densidad de portadores, y utilice la barra deslizante para desplazarse entre los puntos de polarización almacenados.La curva J-V describe el funcionamiento completo del dispositivo, pero no indica dónde se producen los campos eléctricos internos ni cómo cambian las poblaciones de electrones y huecos a lo largo de la estructura. OghmaNano permite guardar perfiles internos en diferentes puntos del rango de voltaje. Abra los archivos guardados que contienen la información sobre las bandas de energía y la densidad de portadores, y utilice la barra deslizante para desplazarse entre los puntos de polarización almacenados.

8.1. Diagrama de bandas que representa ambas subcélulas.8.1. Diagrama de bandas que representa ambas subcélulas.

Los diagramas de la estructura de bandas muestran cómo varían a lo largo del dispositivo el borde de la banda de conducción local, el borde de la banda de valencia y los potenciales electroquímicos de los portadores. Un cambio en la banda prohibida del material o en la afinidad electrónica se manifiesta como una variación en el borde de la banda relacionada con el material, mientras que la curvatura más suave de las bandas se asocia con el potencial electrostático establecido por la carga y las condiciones de contorno.Los diagramas de la estructura de bandas muestran cómo varían a lo largo del dispositivo el borde de la banda de conducción local, el borde de la banda de valencia y los potenciales electroquímicos de los portadores. Un cambio en la banda prohibida del material o en la afinidad electrónica se manifiesta como una variación en el borde de la banda relacionada con el material, mientras que la curvatura más suave de las bandas se asocia con el potencial electrostático establecido por la carga y las condiciones de contorno.

En la región de perovskita, el mayor ancho de banda eléctrico ayuda a explicar por qué esta célula superior capta preferentemente fotones de mayor energía. En la región de silicio, el menor ancho de banda de 1,12 eV permite la absorción en el rango del infrarrojo cercano. La unión n+/p de silicio crea un campo interno a través de la distribución espacial de donantes y aceptores ionizados. La parte central del diagrama contiene la capa de transporte de huecos (HTL), la región de recombinación efectiva y la interconexión de ITO que conecta las dos células eléctricamente.En la región de perovskita, el mayor ancho de banda eléctrico ayuda a explicar por qué esta célula superior capta preferentemente fotones de mayor energía. En la región de silicio, el menor ancho de banda de 1,12 eV permite la absorción en el rango del infrarrojo cercano. La unión n+/p de silicio crea un campo interno a través de la distribución espacial de donantes y aceptores ionizados. La parte central del diagrama contiene la capa de transporte de huecos (HTL), la región de recombinación efectiva y la interconexión de ITO que conecta las dos células eléctricamente.

Bajo la influencia de la iluminación y de un campo eléctrico aplicado, los niveles cuasi-Fermi de electrones y huecos pueden separarse. Esta separación, que se produce en condiciones de no equilibrio, está estrechamente relacionada con el fotovoltaje generado por cada unión. En lugar de analizar solo un valor de campo eléctrico, compare las curvas de banda en los diferentes puntos registrados: la forma en que las bandas y los niveles cuasi-Fermi cambian es parte del funcionamiento del conjunto en tándem.Bajo la influencia de la iluminación y de un campo eléctrico aplicado, los niveles cuasi-Fermi de electrones y huecos pueden separarse. Esta separación, que se produce en condiciones de no equilibrio, está estrechamente relacionada con el fotovoltaje generado por cada unión. En lugar de analizar solo un valor de campo eléctrico, compare las curvas de banda en los diferentes puntos registrados: la forma en que las bandas y los niveles cuasi-Fermi cambian es parte del funcionamiento del conjunto en tándem.

8.2. Concentraciones de electrones y huecos.8.2. Concentraciones de electrones y huecos.

Los perfiles de densidad de portadores muestran las poblaciones locales de electrones y huecos. En la región n+-Si, los portadores mayoritarios en equilibrio son los electrones; en el absorbente de silicio de tipo p, son los huecos. Bajo iluminación, también contribuyen los portadores minoritarios fotogenerados, y sus concentraciones dependen del campo local, los parámetros de transporte, la recombinación y el punto de funcionamiento de la célula solar en tándem.Los perfiles de densidad de portadores muestran las poblaciones locales de electrones y huecos. En la región n+-Si, los portadores mayoritarios en equilibrio son los electrones; en el absorbente de silicio de tipo p, son los huecos. Bajo iluminación, también contribuyen los portadores minoritarios fotogenerados, y sus concentraciones dependen del campo local, los parámetros de transporte, la recombinación y el punto de funcionamiento de la célula solar en tándem.

La delgada región de interconexión resulta especialmente interesante. La recombinación eficiente entre las subcélulas depende de la disponibilidad de electrones y huecos cerca de la conexión, y las densidades locales de portadores pueden diferir notablemente de las de las regiones absorbentes más gruesas. Compare los perfiles de densidad de portadores con el diagrama de bandas para determinar si un cambio en la concentración está asociado con el dopaje, un desplazamiento de banda, un campo eléctrico local o la inyección de portadores.La delgada región de interconexión resulta especialmente interesante. La recombinación eficiente entre las subcélulas depende de la disponibilidad de electrones y huecos cerca de la conexión, y las densidades locales de portadores pueden diferir notablemente de las de las regiones absorbentes más gruesas. Compare los perfiles de densidad de portadores con el diagrama de bandas para determinar si un cambio en la concentración está asociado con el dopaje, un desplazamiento de banda, un campo eléctrico local o la inyección de portadores.

9. Generación óptica espacial: el lugar donde se absorbe la luz solar.9. Generación óptica espacial: el lugar donde se absorbe la luz solar.

Los absorbentes superior e inferior convierten diferentes partes de la luz solar en pares electrón-hueco. OghmaNano calcula un campo óptico dependiente de la longitud de onda a través de la pila multicapa y convierte la absorción en una tasa de fotogeneración dependiente de la posición, G(y), que se utiliza en las ecuaciones de continuidad eléctrica.Los absorbentes superior e inferior convierten diferentes partes de la luz solar en pares electrón-hueco. OghmaNano calcula un campo óptico dependiente de la longitud de onda a través de la pila multicapa y convierte la absorción en una tasa de fotogeneración dependiente de la posición, G(y), que se utiliza en las ecuaciones de continuidad eléctrica.

donde \(\Phi(\lambda,y)\) representa el flujo fotónico espectral local, definido de manera adecuada, y \(\alpha(\lambda,y)\) es el coeficiente de absorción dependiente de la longitud de onda. En el cálculo completo mediante la matriz de transferencia, la distribución del campo eléctrico también tiene en cuenta la interferencia óptica y los reflejos en los límites de los materiales.donde \(\Phi(\lambda,y)\) representa el flujo fotónico espectral local, definido de manera adecuada, y \(\alpha(\lambda,y)\) es el coeficiente de absorción dependiente de la longitud de onda. En el cálculo completo mediante la matriz de transferencia, la distribución del campo eléctrico también tiene en cuenta la interferencia óptica y los reflejos en los límites de los materiales.

Abra el archivo con los resultados de la simulación y examine el perfil guardado (??). Se espera que la perovskita iluminada absorba una parte importante de la luz incidente de mayor energía, dejando un flujo de fotones con un espectro modificado para la célula de silicio inferior. El perfil detallado depende de las constantes ópticas y los espesores de las capas asignados. Por lo tanto, los modelos ópticos y eléctricos trabajan en conjunto: la generación crea portadores, mientras que la deriva, la difusión y la recombinación determinan cuántos de ellos se recogen finalmente.Abra el archivo con los resultados de la simulación y examine el perfil guardado (??). Se espera que la perovskita iluminada absorba una parte importante de la luz incidente de mayor energía, dejando un flujo de fotones con un espectro modificado para la célula de silicio inferior. El perfil detallado depende de las constantes ópticas y los espesores de las capas asignados. Por lo tanto, los modelos ópticos y eléctricos trabajan en conjunto: la generación crea portadores, mientras que la deriva, la difusión y la recombinación determinan cuántos de ellos se recogen finalmente.

El perfil de la generación es útil al modificar el grosor de la capa de perovskita. Una capa superior más gruesa puede interceptar más fotones, pero también puede reducir la cantidad de luz disponible para el silicio. En una configuración en tándem conectada en serie, el grosor óptimo no es necesariamente el que maximiza la corriente de cada subcelda por separado; es el que proporciona un equilibrio favorable entre la absorción espectral y la recolección eléctrica en todo el dispositivo.El perfil de la generación es útil al modificar el grosor de la capa de perovskita. Una capa superior más gruesa puede interceptar más fotones, pero también puede reducir la cantidad de luz disponible para el silicio. En una configuración en tándem conectada en serie, el grosor óptimo no es necesariamente el que maximiza la corriente de cada subcelda por separado; es el que proporciona un equilibrio favorable entre la absorción espectral y la recolección eléctrica en todo el dispositivo.

10. Suns-Voc y Suns-Jsc: estudio de la intensidad de la iluminación.10. Suns-Voc y Suns-Jsc: estudio de la intensidad de la iluminación.

Después de analizar los resultados del cálculo J-V con una sola fuente de luz, utilice los otros modos de simulación para determinar cómo responde la célula solar en tándem cuando cambia la intensidad de la luz. Los modos Suns-Voc y Suns-Jsc son complementarios: uno analiza el voltaje de circuito abierto, mientras que el otro analiza la corriente de cortocircuito a medida que se varía la potencia óptica incidente.Después de analizar los resultados del cálculo J-V con una sola fuente de luz, utilice los otros modos de simulación para determinar cómo responde la célula solar en tándem cuando cambia la intensidad de la luz. Los modos Suns-Voc y Suns-Jsc son complementarios: uno analiza el voltaje de circuito abierto, mientras que el otro analiza la corriente de cortocircuito a medida que se varía la potencia óptica incidente.

10.1. Suns-Voc10.1. Suns-Voc

Seleccione «Suns-Voc» en el menú de selección de simulaciones y ejecute el programa que realiza el barrido de intensidad. Este cálculo determina el voltaje terminal para el cual la corriente externa es cero en cada nivel de iluminación. A medida que aumenta la generación de fotones, las poblaciones de electrones y huecos en desequilibrio tienden a crecer, lo que aumenta la separación del nivel cuasi-Fermi y el voltaje de circuito abierto medido.Seleccione «Suns-Voc» en el menú de selección de simulaciones y ejecute el programa que realiza el barrido de intensidad. Este cálculo determina el voltaje terminal para el cual la corriente externa es cero en cada nivel de iluminación. A medida que aumenta la generación de fotones, las poblaciones de electrones y huecos en desequilibrio tienden a crecer, lo que aumenta la separación del nivel cuasi-Fermi y el voltaje de circuito abierto medido.

Para una aproximación sencilla de un diodo, la dependencia de la iluminación es aproximadamente logarítmica:Para una aproximación sencilla de un diodo, la dependencia de la iluminación es aproximadamente logarítmica:

Aquí, \(n_{\mathrm{id}}\) representa un factor de idealidad eficaz. En el caso de una configuración en tándem, el voltaje de circuito abierto medido refleja ambas uniones y la interconexión entre ellas. La tendencia resultante puede utilizarse para estudiar cómo cambia la estructura acoplada a medida que aumentan la concentración de portadores y las tasas de recombinación con la iluminación.Aquí, \(n_{\mathrm{id}}\) representa un factor de idealidad eficaz. En el caso de una configuración en tándem, el voltaje de circuito abierto medido refleja ambas uniones y la interconexión entre ellas. La tendencia resultante puede utilizarse para estudiar cómo cambia la estructura acoplada a medida que aumentan la concentración de portadores y las tasas de recombinación con la iluminación.

10.2. Suns-Jsc10.2. Suns-Jsc

Seleccione Suns-Jsc y ejecute su prueba de variación de intensidad. En condiciones de cortocircuito, el voltaje aplicado en los terminales es aproximadamente cero y la corriente externa calculada depende de la eficacia con la que el dispositivo absorbe los fotones y transporta los portadores resultantes a los terminales. En un rango de intensidad en el que la eficiencia de recolección no varía significativamente, la densidad de corriente puede aumentar aproximadamente en proporción al flujo de fotones incidente:Seleccione Suns-Jsc y ejecute su prueba de variación de intensidad. En condiciones de cortocircuito, el voltaje aplicado en los terminales es aproximadamente cero y la corriente externa calculada depende de la eficacia con la que el dispositivo absorbe los fotones y transporta los portadores resultantes a los terminales. En un rango de intensidad en el que la eficiencia de recolección no varía significativamente, la densidad de corriente puede aumentar aproximadamente en proporción al flujo de fotones incidente:

En una configuración en tándem, la corriente de cortocircuito también puede verse afectada por la forma en que las dos subcélulas comparten la corriente en serie común. Si un cambio en la iluminación altera la distribución interna de los portadores o el funcionamiento de la región de recombinación, la tendencia puede desviarse de una relación proporcional simple. El resultado de Suns-Jsc proporciona una forma adicional de investigar este comportamiento sin necesidad de realizar un barrido completo de la curva J-V en cada nivel de luz.En una configuración en tándem, la corriente de cortocircuito también puede verse afectada por la forma en que las dos subcélulas comparten la corriente en serie común. Si un cambio en la iluminación altera la distribución interna de los portadores o el funcionamiento de la región de recombinación, la tendencia puede desviarse de una relación proporcional simple. El resultado de Suns-Jsc proporciona una forma adicional de investigar este comportamiento sin necesidad de realizar un barrido completo de la curva J-V en cada nivel de luz.

Compare las dos curvas de intensidad con la curva estándar de corriente-voltaje (J-V) obtenida con iluminación. Suns-Voc aísla el voltaje en el punto de corriente de terminal cero; Suns-Jsc aísla la corriente en el punto de polarización externa cero. En conjunto, ofrecen una visión más amplia de cómo reacciona la célula solar en tándem a los cambios en la luz solar disponible.Compare las dos curvas de intensidad con la curva estándar de corriente-voltaje (J-V) obtenida con iluminación. Suns-Voc aísla el voltaje en el punto de corriente de terminal cero; Suns-Jsc aísla la corriente en el punto de polarización externa cero. En conjunto, ofrecen una visión más amplia de cómo reacciona la célula solar en tándem a los cambios en la luz solar disponible.

11. Exploración del campo óptico y la absorción.11. Exploración del campo óptico y la absorción.

Los resultados eléctricos dependen de la luz absorbida en la perovskita y el silicio. Abra la ventana de análisis óptico y examine las pestañas disponibles (?? y ??). El ejemplo utiliza el método de la matriz de transferencia y un espectro incidente AM1.5G. Su malla de longitudes de onda ópticas abarca de 300 a 1400 nm, con 150 puntos de longitud de onda nominales.Los resultados eléctricos dependen de la luz absorbida en la perovskita y el silicio. Abra la ventana de análisis óptico y examine las pestañas disponibles (?? y ??). El ejemplo utiliza el método de la matriz de transferencia y un espectro incidente AM1.5G. Su malla de longitudes de onda ópticas abarca de 300 a 1400 nm, con 150 puntos de longitud de onda nominales.

El método de la matriz de transferencia considera cada capa ópticamente homogénea como un medio con un índice de refracción complejo, \(\tilde n=n+ik\). Las ondas que se propagan hacia adelante y hacia atrás interfieren al atravesar las interfaces, por lo que la intensidad óptica puede variar tanto con la longitud de onda como con la profundidad. Esto es importante para los dispositivos en tándem, ya que el perovskito, las capas de transporte, los electrodos de ITO y el silicio influyen en el espectro que llega a la célula inferior.El método de la matriz de transferencia considera cada capa ópticamente homogénea como un medio con un índice de refracción complejo, \(\tilde n=n+ik\). Las ondas que se propagan hacia adelante y hacia atrás interfieren al atravesar las interfaces, por lo que la intensidad óptica puede variar tanto con la longitud de onda como con la profundidad. Esto es importante para los dispositivos en tándem, ya que el perovskito, las capas de transporte, los electrodos de ITO y el silicio influyen en el espectro que llega a la célula inferior.

Utilice las pestañas ópticas para desplazarse entre las diferentes vistas: campo espacial, longitud de onda y aspectos relacionados con la absorción. La celda superior de perovskita está diseñada para aprovechar su mayor banda prohibida, mientras que la celda de silicio está pensada para absorber la luz de menor energía que se transmite a través de la capa superior. Los cambios en el grosor de cualquiera de los absorbentes, o en las constantes ópticas de una capa intermedia, pueden alterar la corriente generada en ambas subceldas.Utilice las pestañas ópticas para desplazarse entre las diferentes vistas: campo espacial, longitud de onda y aspectos relacionados con la absorción. La celda superior de perovskita está diseñada para aprovechar su mayor banda prohibida, mientras que la celda de silicio está pensada para absorber la luz de menor energía que se transmite a través de la capa superior. Los cambios en el grosor de cualquiera de los absorbentes, o en las constantes ópticas de una capa intermedia, pueden alterar la corriente generada en ambas subceldas.

Enfoque alternativo: combinar subcélulas simuladas de forma independiente.Enfoque alternativo: combinar subcélulas simuladas de forma independiente.

En este ejemplo, las subcélulas de perovskita y silicio están conectadas mediante una capa de recombinación explícita. Esto permite calcular el transporte de portadores de ambas celdas de forma conjunta dentro de una única simulación de deriva-difusión. Una alternativa consiste en resolver las dos uniones fotovoltaicas por separado y construir la curva característica de corriente-voltaje en tándem a partir de sus curvas individuales de corriente-voltaje (J-V). Este enfoque es especialmente útil cuando la fuerte recombinación necesaria en una interconexión idealizada dificulta la convergencia del problema numérico acoplado.En este ejemplo, las subcélulas de perovskita y silicio están conectadas mediante una capa de recombinación explícita. Esto permite calcular el transporte de portadores de ambas celdas de forma conjunta dentro de una única simulación de deriva-difusión. Una alternativa consiste en resolver las dos uniones fotovoltaicas por separado y construir la curva característica de corriente-voltaje en tándem a partir de sus curvas individuales de corriente-voltaje (J-V). Este enfoque es especialmente útil cuando la fuerte recombinación necesaria en una interconexión idealizada dificulta la convergencia del problema numérico acoplado.

La simulación en tándem proporcionada se configura inicialmente de modo que todas las capas semiconductoras estén activas eléctricamente, lo que permite resolver todo el dispositivo como un único sistema de deriva y difusión. Para simular las dos subcélulas de forma independiente, abra el Editor de capas y modifique la configuración eléctrica de modo que solo una subcélula esté activa a la vez.La simulación en tándem proporcionada se configura inicialmente de modo que todas las capas semiconductoras estén activas eléctricamente, lo que permite resolver todo el dispositivo como un único sistema de deriva y difusión. Para simular las dos subcélulas de forma independiente, abra el Editor de capas y modifique la configuración eléctrica de modo que solo una subcélula esté activa a la vez.

En primer lugar, configure la celda superior de perovskita. Mantenga el absorbente de perovskita y sus capas asociadas de transporte de carga en estado activo y cambie las capas de silicio de «Activo» a «Otro». A continuación, utilice el editor de contactos para colocar los contactos eléctricos en los límites de la subcelda de perovskita. Ejecute la simulación de curva corriente-voltaje (J-V) bajo iluminación y guarde la curva resultante como jv_perovskite.csv.En primer lugar, configure la celda superior de perovskita. Mantenga el absorbente de perovskita y sus capas asociadas de transporte de carga en estado activo y cambie las capas de silicio de «Activo» a «Otro». A continuación, utilice el editor de contactos para colocar los contactos eléctricos en los límites de la subcelda de perovskita. Ejecute la simulación de curva corriente-voltaje (J-V) bajo iluminación y guarde la curva resultante como jv_perovskite.csv.

A continuación, configure la celda inferior de silicio. Cambie el material perovskita y sus capas de transporte asociadas de «Activo» a «Otro» y vuelva a configurar las capas de silicio en «Activo». Desplace los contactos eléctricos hacia los bordes de la subcelda de silicio y, a continuación, ejecute de nuevo la simulación de corriente-voltaje (J-V). Guarde esta curva como jv_silicon.csv.A continuación, configure la celda inferior de silicio. Cambie el material perovskita y sus capas de transporte asociadas de «Activo» a «Otro» y vuelva a configurar las capas de silicio en «Activo». Desplace los contactos eléctricos hacia los bordes de la subcelda de silicio y, a continuación, ejecute de nuevo la simulación de corriente-voltaje (J-V). Guarde esta curva como jv_silicon.csv.

Es importante destacar que cambiar una capa de «Activa» a «Otra» la elimina del cálculo de la deriva y la difusión eléctrica, pero conserva sus propiedades ópticas. Por lo tanto, el cálculo de la generación óptica puede seguir teniendo en cuenta la absorción en toda la pila tándem, lo que garantiza que la subcelda de silicio reciba la luz que se transmite a través de la capa de perovskita y las capas de transporte superiores. Las dos curvas J-V guardadas pueden combinarse interpolando sus voltajes a una densidad de corriente común, como se describe a continuación.Es importante destacar que cambiar una capa de «Activa» a «Otra» la elimina del cálculo de la deriva y la difusión eléctrica, pero conserva sus propiedades ópticas. Por lo tanto, el cálculo de la generación óptica puede seguir teniendo en cuenta la absorción en toda la pila tándem, lo que garantiza que la subcelda de silicio reciba la luz que se transmite a través de la capa de perovskita y las capas de transporte superiores. Las dos curvas J-V guardadas pueden combinarse interpolando sus voltajes a una densidad de corriente común, como se describe a continuación.

Dos subcélulas de dos terminales conectadas en serie tienen la misma densidad de corriente (asumiendo que tienen áreas activas iguales). En lugar de buscar la intersección entre las dos curvas J-V, invierta cada curva para obtener su voltaje en función de la densidad de corriente. Para cada densidad de corriente que se obtenga en ambos cálculos, sume los voltajes correspondientes:Dos subcélulas de dos terminales conectadas en serie tienen la misma densidad de corriente (asumiendo que tienen áreas activas iguales). En lugar de buscar la intersección entre las dos curvas J-V, invierta cada curva para obtener su voltaje en función de la densidad de corriente. Para cada densidad de corriente que se obtenga en ambos cálculos, sume los voltajes correspondientes:

La interpolación proporciona los dos valores de voltaje de las subceldas en una cuadrícula común de densidad de corriente. Solo debe utilizarse el rango de corriente que abarcan ambas simulaciones; la extrapolación fuera de ese rango puede dar lugar a resultados engañosos. Si las curvas J-V de las subceldas no son monótonas, sus inversas podrían no tener un único valor, y las ramas de funcionamiento relevantes deben tratarse por separado.La interpolación proporciona los dos valores de voltaje de las subceldas en una cuadrícula común de densidad de corriente. Solo debe utilizarse el rango de corriente que abarcan ambas simulaciones; la extrapolación fuera de ese rango puede dar lugar a resultados engañosos. Si las curvas J-V de las subceldas no son monótonas, sus inversas podrían no tener un único valor, y las ramas de funcionamiento relevantes deben tratarse por separado.

A menudo, es conveniente comenzar con una resistencia en serie baja y una resistencia en derivación alta, y luego sumar las pérdidas del circuito al resultado combinado. Si se utiliza una convención de densidad de corriente positiva para la potencia suministrada por la celda, una resistencia en serie total normalizada por área, \(R_s\), proporciona:A menudo, es conveniente comenzar con una resistencia en serie baja y una resistencia en derivación alta, y luego sumar las pérdidas del circuito al resultado combinado. Si se utiliza una convención de densidad de corriente positiva para la potencia suministrada por la celda, una resistencia en serie total normalizada por área, \(R_s\), proporciona:

Un puente colocado a lo largo de toda la serie de celdas crea una vía de corriente en paralelo, y no una caída de tensión adicional. Con la resistencia del puente normalizada por área \(R_{\mathrm{sh}}\), la densidad de corriente en los terminales es:Un puente colocado a lo largo de toda la serie de celdas crea una vía de corriente en paralelo, y no una caída de tensión adicional. Con la resistencia del puente normalizada por área \(R_{\mathrm{sh}}\), la densidad de corriente en los terminales es:

Los derivadores asociados a una subcelda específica deben incluirse en el modelo eléctrico de dicha subcelda. Lo mismo se aplica a cualquier pérdida en serie que ya esté incluida en su curva J-V calculada: evite contar la misma resistencia dos veces. Las resistencias en las ecuaciones anteriores se normalizan por área (\(\Omega\,\mathrm{m^2}\)) cuando la corriente se expresa como una densidad en \(\mathrm{A/m^2}\).Los derivadores asociados a una subcelda específica deben incluirse en el modelo eléctrico de dicha subcelda. Lo mismo se aplica a cualquier pérdida en serie que ya esté incluida en su curva J-V calculada: evite contar la misma resistencia dos veces. Las resistencias en las ecuaciones anteriores se normalizan por área (\(\Omega\,\mathrm{m^2}\)) cuando la corriente se expresa como una densidad en \(\mathrm{A/m^2}\).

El siguiente ejemplo en Python (también disponible como un script independiente) lee dos archivos CSV que contienen datos de voltaje (V) y densidad de corriente (A/m²), realiza una interpolación de ambos voltajes para las corrientes correspondientes y escribe la curva característica combinada en tándem. También acepta resistencias de derivación en serie y para todo el conjunto en tándem, de forma opcional. El script asume que una densidad de corriente positiva corresponde a la potencia suministrada por la celda; invierta el signo de los datos exportados antes si el gráfico de OghmaNano utiliza la convención opuesta.El siguiente ejemplo en Python (también disponible como un script independiente) lee dos archivos CSV que contienen datos de voltaje (V) y densidad de corriente (A/m²), realiza una interpolación de ambos voltajes para las corrientes correspondientes y escribe la curva característica combinada en tándem. También acepta resistencias de derivación en serie y para todo el conjunto en tándem, de forma opcional. El script asume que una densidad de corriente positiva corresponde a la potencia suministrada por la celda; invierta el signo de los datos exportados antes si el gráfico de OghmaNano utiliza la convención opuesta.

Ejemplo en Python: combinación de las dos curvas J-V.Ejemplo en Python: combinación de las dos curvas J-V.

#!/usr/bin/env python3
"""Combine two photovoltaic subcell J-V curves at equal current density.

Input CSV files: two columns, voltage_V,current_density_A_m2.
Positive J means current delivered by a photovoltaic subcell.
Resistances are area-normalised in ohm*m^2.
"""
import argparse
import numpy as np


def load_jv(filename):
    data = np.loadtxt(filename, delimiter=",", skiprows=1, ndmin=2)
    if data.shape[1] != 2 or data.shape[0] < 2:
        raise ValueError(f"{filename}: expected at least two rows with V,J")
    voltage, current = data[:, 0], data[:, 1]
    if not (np.isfinite(voltage).all() and np.isfinite(current).all()):
        raise ValueError(f"{filename}: non-finite values")
    order = np.argsort(voltage)
    voltage, current = voltage[order], current[order]
    if not np.all(np.diff(voltage) > 0):
        raise ValueError(f"{filename}: repeated voltage values")
    dcurrent = np.diff(current)
    if not (np.all(dcurrent > 0) or np.all(dcurrent < 0)):
        raise ValueError(f"{filename}: J(V) must be strictly monotonic to invert")
    order = np.argsort(current)
    return current[order], voltage[order]


def combine(top_file, bottom_file, output_file, rs, rsh, points):
    jt, vt = load_jv(top_file)
    jb, vb = load_jv(bottom_file)
    jmin = max(jt[0], jb[0])
    jmax = min(jt[-1], jb[-1])
    if jmax <= jmin:
        raise ValueError("The subcell J-V curves have no shared current interval")
    j = np.linspace(jmin, jmax, points)
    vtop = np.interp(j, jt, vt)
    vbottom = np.interp(j, jb, vb)
    vstack = vtop + vbottom
    vterminal = vstack - j * rs
    # Optional shunt connected across the *complete tandem terminal pair*.
    jterminal = j - vterminal / rsh if np.isfinite(rsh) else j.copy()
    result = np.column_stack((vterminal, jterminal, j, vtop, vbottom))
    np.savetxt(output_file, result, delimiter=",", comments="",
               header="voltage_V,current_density_A_m2,stack_current_density_A_m2,top_voltage_V,bottom_voltage_V")
    print(f"Saved {points} points to {output_file} (shared J: {jmin:g} to {jmax:g} A/m^2)")


if __name__ == "__main__":
    parser = argparse.ArgumentParser(description=__doc__)
    parser.add_argument("top", help="Top-cell CSV (voltage_V,current_density_A_m2)")
    parser.add_argument("bottom", help="Bottom-cell CSV (voltage_V,current_density_A_m2)")
    parser.add_argument("-o", "--output", default="tandem_jv.csv")
    parser.add_argument("--rs", type=float, default=0.0,
                        help="Area-specific series resistance in ohm*m^2")
    parser.add_argument("--rsh", type=float, default=float("inf"),
                        help="Area-specific external tandem shunt in ohm*m^2")
    parser.add_argument("--points", type=int, default=300)
    args = parser.parse_args()
    if args.rs < 0 or args.rsh <= 0 or args.points < 2:
        parser.error("Require rs >= 0, rsh > 0, points >= 2")
    combine(args.top, args.bottom, args.output, args.rs, args.rsh, args.points)

Guarde el guion como combine_tandem_jv.py y ejecútelo con:Guarde el guion como combine_tandem_jv.py y ejecútelo con:

python3 combine_tandem_jv.py perovskite.csv silicon.csv -o tandem_jv.csv \
    --rs 1e-4 --rsh 10

Este enfoque de conexión en serie mantiene el transporte de portadores, la recombinación y la generación óptica, que se calculan por separado en cada absorbente, al tiempo que aproxima la interconexión como una conexión eléctrica en serie ideal, más cualquier pérdida de circuito especificada. No resuelve explícitamente el efecto túnel, la acumulación de carga u otros efectos microscópicos dentro de una unión de recombinación real.Este enfoque de conexión en serie mantiene el transporte de portadores, la recombinación y la generación óptica, que se calculan por separado en cada absorbente, al tiempo que aproxima la interconexión como una conexión eléctrica en serie ideal, más cualquier pérdida de circuito especificada. No resuelve explícitamente el efecto túnel, la acumulación de carga u otros efectos microscópicos dentro de una unión de recombinación real.