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OghmaNano Multiphysics simulation platform for optoelectronic devices and photonic systems DOWNLOAD Quick Start guide

Guide pratique sur les dispositifs à base de pérovskite et de matériaux organiques – Simulation du SCLC.

1. Introduction

Le courant limité par l’effet de l’espace de charge (SCLC) se produit lorsque le courant traversant un dispositif est limité par le transport des porteurs injectés plutôt que par leur génération. Dans ce régime, la densité de courant suit la loi de Mott-Gurney :

\( J = \frac{9}{8} \, \varepsilon \mu \, \frac{V^2}{L^3} \)

où ε est la constante diélectrique, μ la mobilité des porteurs de charge, V la tension appliquée et L l’épaisseur. Sur le plan expérimental, la méthode SCLC est l’une des plus utilisées pour déterminer la mobilité des porteurs de charge et la densité des pièges dans les semi-conducteurs organiques et à base de pérovskite.

2. Configuration de la simulation.

Lancez OghmaNano et ouvrez la fenêtre « Nouvelle simulation » (??). Sélectionnez le modèle de diode SCLC (ou, s’il n’est pas disponible, choisissez une diode générique en pérovskite et configurez les contacts pour un transport uniquement des trous ou uniquement des électrons). Cela permet de créer un dispositif de test simple dans lequel les porteurs injectés dominent le courant.

New simulation window showing selection of SCLC diode template
La nouvelle fenêtre de simulation affiche le modèle de diode SCLC sélectionné.

3. Lancer la simulation.

Éteignez et rallumez. Type de simulation à Courbe caractéristique courant-tension. Réglez la plage de tension de 0 à quelques volts (par exemple, de 0 à 5 V). Appuyez sur Exécuter la simulation. (bouton de lecture bleu) ou F9Une fois terminé, ouvrez le Résultat onglet et graphique jv.csv (??).

SCLC JV curve showing quadratic dependence of current on voltage
La courbe J–V d’un dispositif SCLC présente la dépendance quadratique caractéristique (J ∝ V²).

4. Analyse du carcinome à petites cellules.

Dans le graphique log-log représentant J en fonction de V, le régime SCLC se manifeste par une pente d’environ 2. À partir de la courbe, on peut appliquer la loi de Mott-Gurney pour estimer la mobilité des porteurs de charge. Si des pièges sont présents, la pente s’écarte de la valeur 2, ce qui permet d’estimer la densité des pièges et leur distribution énergétique.

📝 Tâche 1 : Balayage de la tension

Effectuez la simulation de la jonction PN sur une plage de tension de 0 à 5 V. Tracez à nouveau le graphique en utilisant une échelle logarithmique pour les deux axes et identifiez la région où la pente est d’environ 2.

Observation prévue.

Dans un graphique log-log, le régime du SCLC se présente sous la forme d’une ligne droite dont la pente est d’environ 2. En dessous de cette ligne, le courant est limité par l’injection ; au-dessus, la résistance série peut être prépondérante.

🧪 Tâche 2 : modifier la mobilité.

Dans les paramètres électriques, modifiez la mobilité des porteurs en l’augmentant et en la diminuant par un facteur de 10. Relancez la simulation et superposez les courbes.

Observation prévue.

La courbe J–V se déplace verticalement en proportion de la mobilité. Une mobilité plus élevée entraîne un courant plus élevé pour la même tension, tandis que la pente quadratique reste inchangée.

⚡ Tâche 3 : Ajouter des pièges.

Activez les états de piégeage (par exemple, une distribution gaussienne ou une décroissance exponentielle) dans les paramètres électriques. Comparez la courbe courant-tension avec et sans piégeage.

Observation prévue.

En présence de pièges, la pente dans un diagramme logarithmique-logarithmique s’écarte de la valeur 2 (elle se situe généralement entre 2 et 4). La tension de seuil augmente, ce qui indique une diminution de l’efficacité de la collecte des porteurs de charge.

✅ Ce que vous avez appris.

👉 Prochaines étapes :