Επεξεργαστής επιπέδων

1. Επισκόπηση

Σχεδόν όλες οι οπτοηλεκτρονικές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των ηλιακών κυψελών, των OLED και των OFET, κατασκευάζονται από μια ακολουθία στρωμάτων υλικών. Στις ανόργανες συσκευές, αυτά τα στρώματα συχνά κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η εναπόθεση σε κενό, ενώ στις οργανικές και υβριδικές συσκευές χρησιμοποιούνται τεχνικές όπως η επίστρωση με περιστροφή ή η εκτύπωση. Στο OghmaNano, αυτή η πολυστρωματική δομή αναπαρίσταται στον Επεξεργαστή Στρώσεων, ο οποίος παρέχει μια διεπαφή για τον ορισμό και την τροποποίηση της επιταξίας μιας συσκευής. Ο όρος επιταξία προέρχεται από την ανόργανη φυσική των ημιαγωγών, αλλά στο OghmaNano αναφέρεται απλώς στην τακτοποιημένη στοίβα στρωμάτων που αποτελούν μια συσκευή.

OghmaNano main interface with the Layer editor button highlighted in the Device structure tab. — Το κύριο παράθυρο προσομοίωσης του OghmaNano – το κουμπί του επεξεργαστή στρώσεων είναι επισημασμένο στην καρτέλα «Δομή συσκευής». Χρησιμοποιήστε το για να ανοίξετε τον επεξεργαστή στρώσεων και να δείτε ή να επεξεργαστείτε τη στοίβα της συσκευής.

Layer editor window displaying the device structure table with columns for layer name, thickness, optical material, and type. — Παράθυρο επεξεργαστή στρώσεων — εμφανίζει τη στοίβα των συσκευών ως έναν πίνακα στρώσεων με ιδιότητες όπως το όνομα, το πάχος, το οπτικό υλικό και ο τύπος στρώσης. Μία στρώση μπορεί να οριστεί ως η ενεργή στρώση, όπου κυρίως συμβαίνει η φωτογένεση ή η μεταφορά φορτίου.

2. Ορισμός μιας στρώσης

Ο επεξεργαστής επιπέδων εμφανίζει τη συσκευή ως έναν πίνακα επιπέδων. Κάθε γραμμή περιέχει:

Όνομα στρώσης — η ετικέτα που χρησιμοποιείται για την αναγνώριση της στρώσης.
Πάχος — το φυσικό πάχος της στρώσης.
Οπτικό υλικό – η καταχώρηση στη βάση δεδομένων υλικών που παρέχει δεδομένα για τον δείκτη διάθλασης και την απορρόφηση.
Τύπος στρώσης — καθορίζει αν η στρώση είναι στρώση επαφής (contact), ηλεκτρικά ενεργή (active) ή μη ηλεκτρικά ενεργή (other).
Αναγνωριστικό — η ακραία δεξιά στήλη περιέχει το μοναδικό αναγνωριστικό της στρώσης (το αναγνωριστικό αντικειμένου από το JSON του έργου). Μπορείτε να επεκτείνετε αυτήν τη στήλη για να δείτε την πλήρη τιμή και να την αντιγράψετε. Χρησιμοποιήστε αυτό το αναγνωριστικό όταν γράφετε σενάρια ή όταν αναζητάτε στο JSON για να αναφέρεστε με ακρίβεια σε μια συγκεκριμένη στρώση, ακόμη και αν αλλάξει η αναγνώσιμη από τον χρήστη ονομασία της.

3. Τύποι επιπέδων

Κάθε στρώση σε μια συσκευή πρέπει να έχει αντιστοιχισμένο έναν τύπο στρώσης, ο οποίος καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζεται στην προσομοίωση. Υπάρχουν τρεις πιθανοί τύποι:

Επαφή — ορίζει τις ηλεκτρικές επαφές στα όρια της συσκευής (συνήθως στην άνω και κάτω πλευρά). Αυτές λειτουργούν ως σημεία εξαγωγής ρεύματος και επιβάλλουν τις οριακές συνθήκες που χρησιμοποιεί ο ηλεκτρικός επιλυτής.
Ενεργό – προσδιορίζει ένα ημιαγώγιμο στρώμα στο οποίο υπάρχουν τόσο ηλεκτρόνια όσο και οπές, και όπου επιλύονται οι εξισώσεις μεταφοράς με διάχυση και η εξίσωση του Poisson. Σε αυτό το στρώμα συμβαίνουν η μεταφορά φορτίου, η ανασύνθεση και η δημιουργία φορέων.
Άλλα — περιλαμβάνει όλες τις υπόλοιπες στρώσεις, όπως οι στρώσεις μεταφοράς, οι στρώσεις αποθήκευσης ή οι στρώσεις εγκλεισμού. Αυτές οι στρώσεις θα λαμβάνονται υπόψη από το οπτικό και το θερμικό μοντέλο, αλλά όχι από τον επιλυτή εξίσωσης μεταφοράς-διάχυσης.

Είναι ένα συνηθισμένο λάθος να θέλουμε να επιλύσουμε τις εξισώσεις μεταφοράς-διάχυσης σε κάθε στρώση της συσκευής. Στην πράξη, αυτό είναι περιττό: πολλές στρώσεις είναι μονοπολικές ή έχουν υψηλή αγωγιμότητα – για παράδειγμα, οι στρώσεις μεταφοράς οπών (HTL) και οι στρώσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETL) σε οργανικές συσκευές – επομένως, εκεί δεν συμβαίνουν ανασυνδυασμός ηλεκτρονίων-οπών και συναφείς δυναμικές ζευγών φορτίων. Η επίλυση των εξισώσεων μεταφοράς-διάχυσης σε τέτοιες περιοχές αυξάνει το υπολογιστικό κόστος χωρίς να προσθέτει φυσική γνώση. Χρησιμοποιήστε τη σημαία της ενεργού στρώσης μόνο όταν είναι απολύτως απαραίτητο να επιλύσετε τις συνδεδεμένες εξισώσεις μεταφοράς-διάχυσης και Poisson – για παράδειγμα, στην φωτοευαίσθητη στρώση ενός ηλιακού στοιχείου, στο κανάλι ενός OFET ή σε οποιαδήποτε περιοχή όπου συνυπάρχουν ηλεκτρόνια και οπές και η μεταφορά/ανασυνδυασμός τους πρέπει να μοντελοποιηθεί ρητά. Οι στρώσεις όπως οι HTL/ETL, οι εξαιρετικά αγώγιμες στρώσεις ή οι μεταλλικές επαφές συνήθως δεν θα πρέπει να επισημαίνονται ως ενεργές, εκτός εάν κάποιος θέλει να μελετήσει φαινόμενα όπως οι καμπύλες JV σε σχήμα S στα ηλιακά στοιχεία.