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Molti dispositivi optoelettronici moderni sono realizzati su aree molto più ampie rispetto alle dimensioni microscopiche che vengono solitamente simulate nello studio della fisica dei dispositivi a semiconduttore. Sebbene gli strati attivi delle celle solari, dei diodi organici a emissione di luce (OLED) e dei fotodiodi possano avere uno spessore di solo qualche decina o centinaio di nanometri, i dispositivi stessi possono estendersi per centimetri o addirittura metri. La simulazione di tali strutture utilizzando modelli tridimensionali completi di deriva-diffusione diventa rapidamente impraticabile dal punto di vista computazionale.Molti dispositivi optoelettronici moderni sono realizzati su aree molto più ampie rispetto alle dimensioni microscopiche che vengono solitamente simulate nello studio della fisica dei dispositivi a semiconduttore. Sebbene gli strati attivi delle celle solari, dei diodi organici a emissione di luce (OLED) e dei fotodiodi possano avere uno spessore di solo qualche decina o centinaio di nanometri, i dispositivi stessi possono estendersi per centimetri o addirittura metri. La simulazione di tali strutture utilizzando modelli tridimensionali completi di deriva-diffusione diventa rapidamente impraticabile dal punto di vista computazionale.
Nei dispositivi di grandi dimensioni, le principali limitazioni non sono spesso legate al trasporto verticale delle cariche attraverso lo strato attivo, ma piuttosto alla dispersione laterale della corrente, alla resistenza degli elettrodi e alla geometria dei contatti. Questi fattori determinano l’efficienza con cui la corrente può essere raccolta dal dispositivo e limitano spesso le prestazioni quando si passa da celle di laboratorio a dispositivi di dimensioni pratiche.Nei dispositivi di grandi dimensioni, le principali limitazioni non sono spesso legate al trasporto verticale delle cariche attraverso lo strato attivo, ma piuttosto alla dispersione laterale della corrente, alla resistenza degli elettrodi e alla geometria dei contatti. Questi fattori determinano l’efficienza con cui la corrente può essere raccolta dal dispositivo e limitano spesso le prestazioni quando si passa da celle di laboratorio a dispositivi di dimensioni pratiche.
Per risolvere questo problema, OghmaNano include un apposito strumento di simulazione di circuiti 3D. Invece di risolvere le equazioni del trasporto dei semiconduttori in ogni punto dello spazio, lo strumento converte la geometria del dispositivo in una rete di resistori e diodi, che riproduce il flusso di corrente su tutta la superficie del dispositivo. In questo modo, è possibile simulare in modo efficiente strutture di dimensioni centimetriche e modulari, riproducendo al contempo il comportamento elettrico della fisica sottostante del dispositivo.Per risolvere questo problema, OghmaNano include un apposito strumento di simulazione di circuiti 3D. Invece di risolvere le equazioni del trasporto dei semiconduttori in ogni punto dello spazio, lo strumento converte la geometria del dispositivo in una rete di resistori e diodi, che riproduce il flusso di corrente su tutta la superficie del dispositivo. In questo modo, è possibile simulare in modo efficiente strutture di dimensioni centimetriche e modulari, riproducendo al contempo il comportamento elettrico della fisica sottostante del dispositivo.
Il programma di simulazione di circuiti è particolarmente utile per studiare celle solari di grandi dimensioni, pannelli OLED e moduli fotovoltaici. Ad esempio, il tutorial tutorial sui contatti di grandi dimensioni illustra come la resistenza degli elettrodi influenzi la distribuzione della corrente, mentre il tutorial tutorial sulla cella solare PM6:Y6 di grandi dimensioni mostra come la generazione ottica e gli elementi a diodo possano essere integrati nel modello del circuito. Configurazioni di dispositivi più complesse, comprese le celle interconnesse, vengono analizzate nel tutorial tutorial sui moduli in perovskite.Il programma di simulazione di circuiti è particolarmente utile per studiare celle solari di grandi dimensioni, pannelli OLED e moduli fotovoltaici. Ad esempio, il tutorial tutorial sui contatti di grandi dimensioni illustra come la resistenza degli elettrodi influenzi la distribuzione della corrente, mentre il tutorial tutorial sulla cella solare PM6:Y6 di grandi dimensioni mostra come la generazione ottica e gli elementi a diodo possano essere integrati nel modello del circuito. Configurazioni di dispositivi più complesse, comprese le celle interconnesse, vengono analizzate nel tutorial tutorial sui moduli in perovskite.
Il programma di analisi dei circuiti parte dalla geometria tridimensionale del dispositivo. Una volta definita la struttura, il software genera una griglia spaziale che rappresenta la disposizione fisica dei componenti. Questa griglia viene quindi convertita in una rete elettrica, in cui ogni connessione corrisponde a un elemento del circuito.Il programma di analisi dei circuiti parte dalla geometria tridimensionale del dispositivo. Una volta definita la struttura, il software genera una griglia spaziale che rappresenta la disposizione fisica dei componenti. Questa griglia viene quindi convertita in una rete elettrica, in cui ogni connessione corrisponde a un elemento del circuito.
Gli strati conduttivi si trasformano in elementi resistivi, mentre le regioni attive sono rappresentate da diodi che riproducono il comportamento elettrico del dispositivo. La rete risultante può contenere migliaia o milioni di elementi, ma può essere analizzata in modo efficiente utilizzando tecniche standard di analisi dei circuiti.Gli strati conduttivi si trasformano in elementi resistivi, mentre le regioni attive sono rappresentate da diodi che riproducono il comportamento elettrico del dispositivo. La rete risultante può contenere migliaia o milioni di elementi, ma può essere analizzata in modo efficiente utilizzando tecniche standard di analisi dei circuiti.
In ogni nodo della rete, il risolutore applica la legge di Kirchhoff sulle correnti:In ogni nodo della rete, il risolutore applica la legge di Kirchhoff sulle correnti:
$$ \sum_i I_i = 0 $$ciò significa che la corrente totale che entra in ogni nodo deve essere uguale alla corrente totale che ne esce. Risolvendo queste equazioni sull’intera rete, si determina come la corrente si distribuisce all’interno della struttura del dispositivo.ciò significa che la corrente totale che entra in ogni nodo deve essere uguale alla corrente totale che ne esce. Risolvendo queste equazioni sull’intera rete, si determina come la corrente si distribuisce all’interno della struttura del dispositivo.
Il modello del circuito utilizza diversi tipi di componenti elettrici per rappresentare il dispositivo fisico:Il modello del circuito utilizza diversi tipi di componenti elettrici per rappresentare il dispositivo fisico:
La corrente che attraversa ciascun elemento a diodo segue l’equazione standard del diodo.La corrente che attraversa ciascun elemento a diodo segue l’equazione standard del diodo.
$$ I(V) = I_0 \left(e^{\frac{qV}{nkT}} - 1\right) - I_{ph} $$dove \(I_0\) è la corrente di saturazione inversa, \(n\) è il fattore di idealità e \(I_{ph}\) rappresenta la corrente fotogenerata fornita dal modello ottico.dove \(I_0\) è la corrente di saturazione inversa, \(n\) è il fattore di idealità e \(I_{ph}\) rappresenta la corrente fotogenerata fornita dal modello ottico.
Sebbene il comportamento elettrico sia descritto mediante un circuito, è comunque possibile simulare in modo accurato le proprietà ottiche del dispositivo. OghmaNano include diversi strumenti di calcolo ottico, tra cui il metodo della matrice di trasferimento.Sebbene il comportamento elettrico sia descritto mediante un circuito, è comunque possibile simulare in modo accurato le proprietà ottiche del dispositivo. OghmaNano include diversi strumenti di calcolo ottico, tra cui il metodo della matrice di trasferimento.
Questi modelli ottici calcolano come la luce si propaga e viene assorbita all’interno della struttura del dispositivo. Il profilo di assorbimento spaziale risultante viene convertito in un termine di fotogenerazione che viene direttamente utilizzato negli elementi a diodo della rete del circuito. In questo modo, il risolutore combina una modellazione ottica accurata con una simulazione elettrica efficiente su ampia area.Questi modelli ottici calcolano come la luce si propaga e viene assorbita all’interno della struttura del dispositivo. Il profilo di assorbimento spaziale risultante viene convertito in un termine di fotogenerazione che viene direttamente utilizzato negli elementi a diodo della rete del circuito. In questo modo, il risolutore combina una modellazione ottica accurata con una simulazione elettrica efficiente su ampia area.
Il software di simulazione di circuiti 3D è particolarmente utile per i sistemi in cui l’area del dispositivo è molto più ampia dello spessore degli strati attivi. Le applicazioni tipiche includono:Il software di simulazione di circuiti 3D è particolarmente utile per i sistemi in cui l’area del dispositivo è molto più ampia dello spessore degli strati attivi. Le applicazioni tipiche includono:
In questi dispositivi, il comportamento elettrico è fortemente influenzato dalla progettazione degli elettrodi e dalla distribuzione della corrente all’interno degli strati conduttivi. Modellando direttamente questi effetti, il software di simulazione dei circuiti consente ai ricercatori di esplorare diverse geometrie di contatto e di prevedere come le prestazioni del dispositivo varieranno in funzione delle dimensioni.In questi dispositivi, il comportamento elettrico è fortemente influenzato dalla progettazione degli elettrodi e dalla distribuzione della corrente all’interno degli strati conduttivi. Modellando direttamente questi effetti, il software di simulazione dei circuiti consente ai ricercatori di esplorare diverse geometrie di contatto e di prevedere come le prestazioni del dispositivo varieranno in funzione delle dimensioni.
Una volta definita la geometria del dispositivo, OghmaNano genera automaticamente una griglia circuitale tridimensionale a partire dalla struttura. Questa griglia costituisce la base del modello elettrico e definisce come la geometria fisica viene trasformata in elementi del circuito.Una volta definita la geometria del dispositivo, OghmaNano genera automaticamente una griglia circuitale tridimensionale a partire dalla struttura. Questa griglia costituisce la base del modello elettrico e definisce come la geometria fisica viene trasformata in elementi del circuito.
Un esempio di questo tipo di rete è illustrato in Figura ??. Ogni connessione nella rete diventa un resistore o un diodo, a seconda del materiale e dello strato da cui ha origine.Un esempio di questo tipo di rete è illustrato in Figura ??. Ogni connessione nella rete diventa un resistore o un diodo, a seconda del materiale e dello strato da cui ha origine.
Il programma di risoluzione identifica anche i nodi di estrazione, illustrati in Figura ??. Questi nodi rappresentano i contatti elettrici attraverso i quali la corrente entra o esce dal dispositivo. La loro distribuzione influenza notevolmente il modo in cui la corrente si propaga lateralmente attraverso la rete del circuito.Il programma di risoluzione identifica anche i nodi di estrazione, illustrati in Figura ??. Questi nodi rappresentano i contatti elettrici attraverso i quali la corrente entra o esce dal dispositivo. La loro distribuzione influenza notevolmente il modo in cui la corrente si propaga lateralmente attraverso la rete del circuito.
OghmaNano include diversi tutorial che illustrano come utilizzare il simulatore di circuiti 3D per ottenere simulazioni realistiche dei dispositivi. Questi esempi guidano gli utenti attraverso l’intero processo, dalla definizione della geometria del dispositivo all’analisi delle caratteristiche corrente-tensione risultanti.OghmaNano include diversi tutorial che illustrano come utilizzare il simulatore di circuiti 3D per ottenere simulazioni realistiche dei dispositivi. Questi esempi guidano gli utenti attraverso l’intero processo, dalla definizione della geometria del dispositivo all’analisi delle caratteristiche corrente-tensione risultanti.
Un buon punto di partenza è il seguente: tutorial sulla simulazione del contatto su superfici esteseche introduce i concetti di distribuzione della corrente e di resistenza degli elettrodi. A partire da lì, si può passare a guida all’utilizzo di celle solari PM6:Y6 su ampia superficieche integra elementi a diodo e un sistema di generazione ottica. Un buon punto di partenza è il seguente: tutorial sulla simulazione del contatto su superfici esteseche introduce i concetti di distribuzione della corrente e di resistenza degli elettrodi. A partire da lì, si può passare a guida all’utilizzo di celle solari PM6:Y6 su ampia superficieche integra elementi a diodo e un sistema di generazione ottica.
Per simulazioni più complesse, è necessario tutorial sull’utilizzo dei moduli perovskite mostra come sia possibile interconnettere diversi dispositivi per simulare il funzionamento completo di moduli fotovoltaici. Per simulazioni più complesse, è necessario tutorial sull’utilizzo dei moduli perovskite mostra come sia possibile interconnettere diversi dispositivi per simulare il funzionamento completo di moduli fotovoltaici.
Provate a eseguire una simulazione su una vasta area.Provate a eseguire una simulazione su una vasta area.
Iniziate con il tutorial su contatti su ampia superficie, quindi approfondite l’esempio della cella solare PM6:Y6 e il tutorial sul modulo perovskite.Iniziate con il tutorial su contatti su ampia superficie, quindi approfondite l’esempio della cella solare PM6:Y6 e il tutorial sul modulo perovskite.