آموزش سلول خورشیدی پروسکایتی (PSC) بخش C: بررسی ساختار دستگاه
پیش از شروع این بخش، بخش A و بخش B را کامل کنید.
1. ویرایش لایههای دستگاه
perovskites/std_perovskite) /
Spiro (200 nm) / Au (100 nm).
پروسکایت را بهعنوان یک لایه Active تنظیم کنید تا تولید نوری/الکتریکی در آن محاسبه شود.
سلولهای خورشیدی پروسکایتی بهصورت پشتهای از لایههای نازک ساخته میشوند — برخی بار را جمعآوری یا منتقل میکنند و برخی دیگر نور را جذب میکنند. در OghmaNano این پشته با Layer editor ویرایش میشود که از پنجره اصلی در زبانه Device structure قابل دسترسی است (نگاه کنید به ??). خود ویرایشگر در ?? نشان داده شده است.
هر سطر در ویرایشگر متناظر با یک لایه است و فیلدهای قابل ویرایشی دارد: Layer name، Thickness، Optical material، و Layer type (مثلاً Active، Contact، Other). در این آموزش جاذب فعال std_perovskite است (یک مجموعهداده MAPbI₃ میانگینگیریشده از ادبیات).
ضخامت یک پارامتر کلیدی طراحی است. جاذبهای بسیار نازک (~50 nm) فاصله انتقال را کمینه میکنند اما بخشی از نور را از دست میدهند؛ فیلمهای ضخیمتر (~400 nm) فوتونهای بیشتری جذب میکنند اما مسیر حرکت حاملها را افزایش میدهند و در نتیجه احتمال بازترکیب پیش از جمعآوری بالا میرود. بنابراین عملکرد در یک ضخامت میانی بیشینه میشود نه اینکه بهطور نامحدود افزایش یابد — این مصالحه برای طراحی دستگاههای پروسکایتی اساسی است.
3. بیشتر درباره Layer editor
Layer editor جایی است که پشته مورد استفاده شبیهساز را تعریف میکنید. هر سطر یک لایه است و هر ستون کنترل میکند آن لایه از نظر نوری و الکتریکی چگونه رفتار کند.
- Layer name – یک برچسب قابلخواندن برای انسان (مثلاً FTO، TiO₂، Perovskite، Spiro، Au). نام بر فیزیک اثر نمیگذارد.
- Thickness – ضخامت فیزیکی لایه (واحدها در جدول نشان داده میشوند، معمولاً nm).
- Optical material – مجموعهداده n/k مورد استفاده برای اپتیک (از پایگاههای داده انتخاب میشود). این مورد مستقل از مدل الکتریکی است.
- Layer type – به حلگر میگوید با لایه چگونه برخورد کند:
- Active: drift–diffusion کامل حل میشود؛ حاملها میتوانند تولید شده و بازترکیب کنند.
- Contact: یک الکترود که در آن شرایط مرزی (تابع کار، سرعت بازترکیب) اعمال میشوند.
- Other: لایههای غیرفعال/انتقال؛ در اپتیک و الکترواستاتیک لحاظ میشوند اما بدون فیزیک کامل تولید–بازترکیب.
4. کدام لایهها باید فعال باشند؟
در اصل، فقط لایههایی که هم الکترون و هم حفره را پشتیبانی میکنند و در آنها فوتوتولید یا بازترکیب رخ میدهد باید بهعنوان Active علامتگذاری شوند. در یک سلول پروسکایتی مینیمال این به معنی فقط جاذب Perovskite است، در حالیکه لایههای انتقال (مثلاً TiO₂ و Spiro) معمولاً بهصورت لایههای غیرفعال باقی میمانند. تماسهایی مانند FTO و Au هرگز فعال نیستند، زیرا فقط بهعنوان الکترود عمل میکنند.
با این حال، در این آموزش TiO₂ (لایه انتقال الکترون) و Spiro (لایه انتقال حفره) نیز بهصورت Active علامتگذاری شدهاند. این تنظیم به شما اجازه میدهد بررسی کنید که حاملها چگونه در این لایههای انتقال حرکت میکنند، بهجای آنکه آنها را بهعنوان مقاومتهای ایدهآل در نظر بگیرید. این تمایز مهم است: به شما امکان میدهد تلفات وابسته به انتقال را در پروسکایتها در نظر بگیرید، در حالیکه در آموزشهای OPV معمولاً لایههای انتقال را بهصورت Other نگه میداریم تا فیزیک سادهتر شود.
بهعنوان یک قاعده کلی، فقط زمانی لایههای اضافی را فعال کنید که بهطور خاص به خواص انتقالی آنها یا به پدیدههایی مانند تماسهای بلوکهکننده یا منحنیهای JV به شکل S علاقهمند باشید. در غیر این صورت، کمینه نگه داشتن تعداد لایههای فعال باعث میشود شبیهسازیها سریعتر شوند و تفسیر نتایج آسانتر باشد.