Εκπαιδευτικό υλικό για τις ηλιακές κυψέλες περοβσκίτη (PSC), Μέρος Γ: Εξερεύνηση της δομής της συσκευής.

Πριν ξεκινήσετε αυτή την ενότητα, ολοκληρώστε τα Μέρος Α και Μέρος Β.

1. Επεξεργασία επιπέδων της συσκευής.

Οι ηλιακές κυψελίδες περοβσκίτη κατασκευάζονται ως μια στοίβα λεπτών στρωμάτων—ορισμένα συλλέγουν ή μεταφέρουν φορτίο, ενώ άλλα απορροφούν το φως. Στο OghmaNano, η στοίβα επεξεργάζεται με τον Επεξεργαστή Στρωμάτων, ο οποίος είναι προσβάσιμος από το κύριο παράθυρο, στην καρτέλα «Δομή Συσκευής» (δείτε ??). Ο ίδιος ο επεξεργαστής εμφανίζεται στην εικόνα ??.

Κάθε γραμμή στον επεξεργαστή αντιστοιχεί σε μια στρώση με επεξεργάσιμα πεδία: Όνομα στρώσης, Πάχος, Οπτικό υλικό και Τύπος στρώσης (π.χ. Ενεργή, Επαφής, Άλλη). Σε αυτό το εκπαιδευτικό πρόγραμμα, η ενεργή απορροφητική στρώση είναι η std_perovskite (ένα σύνολο δεδομένων MAPbI₃, με μέσες τιμές που προέρχονται από τη βιβλιογραφία).

Το πάχος είναι μια βασική παράμετρος σχεδιασμού. Πολύ λεπτά στρώματα απορρόφησης (~50 nm) ελαχιστοποιούν την απόσταση μεταφοράς, αλλά δεν απορροφούν όλο το φως· παχύτερα στρώματα (~400 nm) απορροφούν περισσότερα φωτόνια, αλλά αυξάνουν την απόσταση που πρέπει να διανύσουν οι φορείς, αυξάνοντας την πιθανότητα ανασύνθεσης πριν από τη συλλογή. Ως εκ τούτου, η απόδοση κορυφώνεται σε ένα ενδιάμεσο πάχος και όχι σε ένα άπειρα μεγάλο πάχος—αυτή η ισορροπία είναι κεντρικής σημασίας για τον σχεδιασμό συσκευών περοβσκίτη.

3. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον επεξεργαστή επιπέδων.

Ο επεξεργαστής επιπέδων είναι το μέρος όπου ορίζετε τη στοίβα που χρησιμοποιεί ο προσομοιωτής. Κάθε γραμμή αντιπροσωπεύει ένα επίπεδο και κάθε στήλη ελέγχει τον τρόπο με τον οποίο αυτό το επίπεδο συμπεριφέρεται οπτικά και ηλεκτρικά.

• Όνομα στρώματος – μια ετικέτα που είναι εύκολα αναγνώσιμη από τον χρήστη (π.χ. FTO, TiO₂, Perovskite, Spiro, Au). Το όνομα δεν επηρεάζει τις φυσικές ιδιότητες.
• Πάχος – το φυσικό πάχος της στρώσης (οι μονάδες μέτρησης αναγράφονται στον πίνακα, συνήθως νανόμετρα).
• Οπτικό υλικό – το σύνολο δεδομένων n/k που χρησιμοποιείται για οπτικές εφαρμογές (επιλέγεται από τις βάσεις δεδομένων). Αυτό είναι ανεξάρτητο από το ηλεκτρικό μοντέλο.
• Τύπος στρώματος – υποδεικνύει στον επιλυτή πώς να χειριστεί το στρώμα:
  • Ενεργό: επιλύεται η εξίσωση μεταφοράς-διάχυσης· οι φορείς μπορούν να δημιουργηθούν και να ανασυνδυαστούν.
  • Σημείο επαφής: ένα ηλεκτρόδιο στο οποίο εφαρμόζονται οι οριακές συνθήκες (συνάρτηση εργασίας, ταχύτητα ανασύνθεσης).
  • Άλλα: παθητικά/μεταφορικά στρώματα· περιλαμβάνονται στην οπτική και την ηλεκτροστατική, αλλά όχι με πλήρη ανάλυση της φυσικής των φαινομένων δημιουργίας-ανασύνθεσης.

4. Ποια επίπεδα πρέπει να είναι ενεργά;

Κατά γενικό κανόνα, μόνο οι στρώσεις που υποστηρίζουν τόσο τα ηλεκτρόνια όσο και τις οπές και στις οποίες συμβαίνει φωτογένεση ή ανασυνδυασμός θα πρέπει να επισημαίνονται ως «Ενεργές». Σε μια απλή κυψελίδα περοβσκίτη, αυτό θα σήμαινε μόνο τον απορροφητή περοβσκίτη, ενώ οι στρώσεις μεταφοράς (π.χ. TiO₂ και Spiro) συνήθως θα παρέμεναν ως παθητικές στρώσεις. Οι επαφές, όπως το FTO και το Au, δεν είναι ποτέ ενεργές, καθώς λειτουργούν μόνο ως ηλεκτρόδια.

Ωστόσο, σε αυτό το εκπαιδευτικό πρόγραμμα, τα στρώματα TiO₂ (στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων) και Spiro (στρώμα μεταφοράς οπών) έχουν επίσης οριστεί ως Ενεργά. Αυτή η ρύθμιση σάς επιτρέπει να διερευνήσετε πώς οι φορείς μετακινούνται μέσω αυτών των στρωμάτων μεταφοράς, αντί να τα αντιμετωπίζετε ως ιδανικά αντιστάτες. Αυτή η διάκριση είναι σημαντική: σάς επιτρέπει να καταγράψετε τις απώλειες που σχετίζονται με τη μεταφορά στα περοβσκίτια, ενώ στα εκπαιδευτικά προγράμματα OPV συνήθως διατηρούμε τα στρώματα μεταφοράς ως Άλλα για να απλοποιήσουμε τη φυσική.

Ως γενικός κανόνας, ενεργοποιείτε επιπλέον στρώματα μόνο όταν ενδιαφέρεστε συγκεκριμένα για τις ιδιότητές τους ως προς τη μεταφορά ή για φαινόμενα όπως οι αποκλειστικές επαφές ή οι καμπύλες τάσης-ρεύματος σε σχήμα S. Διαφορετικά, διατηρώντας τον αριθμό των ενεργών στρωμάτων στο ελάχιστο, οι προσομοιώσεις θα είναι ταχύτερες και τα αποτελέσματα ευκολότερα στην ερμηνεία.