Simulazione di dispositivi su larga scala – Parte C: modifica della geometria dei contatti (forma e dimensioni)Simulazione di dispositivi su larga scala – Parte C: modifica della geometria dei contatti (forma e dimensioni)

🎯 Obiettivi di apprendimento🎯 Obiettivi di apprendimento

Modifica l’oggetto a forma di griglia metallica utilizzando l’editor di oggetti.Modifica l’oggetto a forma di griglia metallica utilizzando l’editor di oggetti.
Modificate la forma della mesh utilizzando il database delle forme e l’editor di mesh.Modificate la forma della mesh utilizzando il database delle forme e l’editor di mesh.
Modificare le dimensioni del dispositivo simulato e capire quali elementi devono essere aggiornati per mantenere la coerenza della geometria.Modificare le dimensioni del dispositivo simulato e capire quali elementi devono essere aggiornati per mantenere la coerenza della geometria.

📦 Requisiti preliminari📦 Requisiti preliminari

Compilare le sezioni A e B.Compilare le sezioni A e B.
Acquisire familiarità con i comandi per la visualizzazione 3D (trascinare lo sfondo per ruotare l’immagine).Acquisire familiarità con i comandi per la visualizzazione 3D (trascinare lo sfondo per ruotare l’immagine).

⏱ Tempo stimato⏱ Tempo stimato

Parte C: 15–20 minutiParte C: 15–20 minuti

🎬 Video di YouTube🎬 Video di YouTube

Guida pratica alla progettazione di contatti per dispositivi elettronici flessibili su ampie superfici.Guida pratica alla progettazione di contatti per dispositivi elettronici flessibili su ampie superfici.

Analisi dei contatti esagonali stampati per celle solari di grandi dimensioniAnalisi dei contatti esagonali stampati per celle solari di grandi dimensioni

Dimostrazione: simulazione di contatti esagonali su larga area per dispositivi organici.Dimostrazione: simulazione di contatti esagonali su larga area per dispositivi organici.

Nella parte B, abbiamo mantenuto invariata la geometria del contatto e abbiamo analizzato come le perdite resistive dipendano dalle proprietà del materiale e dalle impostazioni di scansione. Tuttavia, nella pratica, il parametro più importante su cui si può intervenire è la geometria: la struttura della griglia, la sua spaziatura, la larghezza delle linee e le dimensioni del dispositivo che deve coprire.Nella parte B, abbiamo mantenuto invariata la geometria del contatto e abbiamo analizzato come le perdite resistive dipendano dalle proprietà del materiale e dalle impostazioni di scansione. Tuttavia, nella pratica, il parametro più importante su cui si può intervenire è la geometria: la struttura della griglia, la sua spaziatura, la larghezza delle linee e le dimensioni del dispositivo che deve coprire.

In questa sezione, modificheremo la struttura fisica del contatto. Ciò include la possibilità di passare da una configurazione all’altra tra diversi schemi a nido d’ape, la modifica delle dimensioni della griglia sottostante e la variazione delle dimensioni del substrato simulato.In questa sezione, modificheremo la struttura fisica del contatto. Ciò include la possibilità di passare da una configurazione all’altra tra diversi schemi a nido d’ape, la modifica delle dimensioni della griglia sottostante e la variazione delle dimensioni del substrato simulato.

💡 Suggerimento: se desideri creare modelli a rete personalizzati a partire da immagini bidimensionali (ad esempio, da una maschera stampata, da un'immagine al microscopio o da un file CAD), consulta /manual/tutorial-shape-db-part-a.html. Questo è lo stesso metodo utilizzato per popolare il database di forme a cui si fa riferimento di seguito.💡 Suggerimento: se desideri creare modelli a rete personalizzati a partire da immagini bidimensionali (ad esempio, da una maschera stampata, da un'immagine al microscopio o da un file CAD), consulta /manual/tutorial-shape-db-part-a.html. Questo è lo stesso metodo utilizzato per popolare il database di forme a cui si fa riferimento di seguito.

Fase 1: Aprire l’editor di oggetti per la griglia metallica.Fase 1: Aprire l’editor di oggetti per la griglia metallica.

Nella visualizzazione 3D, fare clic con il pulsante destro del mouse sulla griglia metallica esagonale e selezionare «Modifica oggetto» (vedere ??). Si aprirà così l’editor degli oggetti (??).Nella visualizzazione 3D, fare clic con il pulsante destro del mouse sulla griglia metallica esagonale e selezionare «Modifica oggetto» (vedere ??). Si aprirà così l’editor degli oggetti (??).

Right-click menu on the hexagonal mesh highlighting Edit object — Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla mesh e selezionare «Modifica oggetto».Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla mesh e selezionare «Modifica oggetto».

Object editor showing colour, optical material, and object shape from the shape database — L’editor di oggetti per la griglia metallica consente di modificare le proprietà (colore/opacità), sostituire i materiali e selezionare la forma dell’oggetto sottostante.L’editor di oggetti per la griglia metallica consente di modificare le proprietà (colore/opacità), sostituire i materiali e selezionare la forma dell’oggetto sottostante.

Questo editor consente di modificare quasi tutti gli aspetti dell’oggetto. Tuttavia, è importante notare che questa mesh si trova all’interno di una struttura epitassiale a strati, e non in uno spazio libero, quindi alcune opzioni sono naturalmente limitate dalla struttura a strati circostante.Questo editor consente di modificare quasi tutti gli aspetti dell’oggetto. Tuttavia, è importante notare che questa mesh si trova all’interno di una struttura epitassiale a strati, e non in uno spazio libero, quindi alcune opzioni sono naturalmente limitate dalla struttura a strati circostante.

Attributi: modifica il colore (e il valore alfa) per rendere l’oggetto più visibile nella visualizzazione.Attributi: modifica il colore (e il valore alfa) per rendere l’oggetto più visibile nella visualizzazione.
Materiale ottico: sostituire la definizione del materiale (utile quando vengono combinate simulazioni elettriche e ottiche).Materiale ottico: sostituire la definizione del materiale (utile quando vengono combinate simulazioni elettriche e ottiche).
Forma dell’oggetto: selezionare il modello geometrico utilizzato per creare la griglia (questo è il parametro più importante per quanto riguarda le prestazioni elettriche).Forma dell’oggetto: selezionare il modello geometrico utilizzato per creare la griglia (questo è il parametro più importante per quanto riguarda le prestazioni elettriche).

Fase 2: Modificare il motivo a nido d’ape tramite l’editor Mesh.Fase 2: Modificare il motivo a nido d’ape tramite l’editor Mesh.

Nell’editor di oggetti, individuate l’opzione «Forma oggetto». Attualmente, la mesh viene richiamata dal database delle forme (ad esempio, «a nido d’ape»). Cliccate sui tre puntini accanto a «Modifica» per aprire l’editor di mesh (vedere ??).Nell’editor di oggetti, individuate l’opzione «Forma oggetto». Attualmente, la mesh viene richiamata dal database delle forme (ad esempio, «a nido d’ape»). Cliccate sui tre puntini accanto a «Modifica» per aprire l’editor di mesh (vedere ??).

Mesh editor showing shape from database honeycomb and xyz size fields — L’editor di mesh. La geometria viene recuperata dal database delle forme e ridimensionata utilizzando i campi relativi alle dimensioni xyz (in metri).L’editor di mesh. La geometria viene recuperata dal database delle forme e ridimensionata utilizzando i campi relativi alle dimensioni xyz (in metri).

Nell’editor Mesh, fare clic sui tre puntini a destra di «Shape from database». Si aprirà così il browser del database delle forme (vedere ??). In questo esempio, si naviga in una cartella che contiene diversi tipi di motivi a nido d’ape (utilizzati in precedenza per le figure in un documento) e se ne seleziona uno.Nell’editor Mesh, fare clic sui tre puntini a destra di «Shape from database». Si aprirà così il browser del database delle forme (vedere ??). In questo esempio, si naviga in una cartella che contiene diversi tipi di motivi a nido d’ape (utilizzati in precedenza per le figure in un documento) e se ne seleziona uno.

Shape database browser showing multiple honeycomb variants — Selezionate un motivo a nido d’ape alternativo dal database delle forme. Una volta selezionato, la struttura 3D si aggiornerà immediatamente.Selezionate un motivo a nido d’ape alternativo dal database delle forme. Una volta selezionato, la struttura 3D si aggiornerà immediatamente.

Non tutte le forme sono adatte a garantire un contatto elettrico efficace. Una rete di contatti dovrebbe formare una struttura conduttiva continua che stabilisca un contatto ottimale con il polimero sottostante. Forme decorative o di forma libera (ad esempio, a forma di gaussiana o di teiera) di solito non creano una struttura valida per la raccolta della corrente. Le strutture a nido d’ape rappresentano un buon punto di partenza, poiché creano una rete connessa con celle ripetitive.Non tutte le forme sono adatte a garantire un contatto elettrico efficace. Una rete di contatti dovrebbe formare una struttura conduttiva continua che stabilisca un contatto ottimale con il polimero sottostante. Forme decorative o di forma libera (ad esempio, a forma di gaussiana o di teiera) di solito non creano una struttura valida per la raccolta della corrente. Le strutture a nido d’ape rappresentano un buon punto di partenza, poiché creano una rete connessa con celle ripetitive.

🧪 Esercizio: confrontare diverse geometrie a nido d’ape.🧪 Esercizio: confrontare diverse geometrie a nido d’ape.

Seleziona una variante diversa del tipo «nido d’ape» nel database delle forme.Seleziona una variante diversa del tipo «nido d’ape» nel database delle forme.
Esegui nuovamente la scansione.F9).Esegui nuovamente la scansione.F9).
Confronta la nuova mappa della resistenza (spm_R.csv) con il risultato precedente.Confronta la nuova mappa della resistenza (spm_R.csv) con il risultato precedente.
Ripetete questa operazione con diverse varianti e prendete nota di quali modelli riducono maggiormente la resistenza.Ripetete questa operazione con diverse varianti e prendete nota di quali modelli riducono maggiormente la resistenza.

Domanda: I miglioramenti sono dovuti principalmente al fatto di avvicinare il metallo ai centri delle celle, di creare percorsi più diretti verso il bordo di estrazione, oppure di rendere la rete più densa e interconnessa?Domanda: I miglioramenti sono dovuti principalmente al fatto di avvicinare il metallo ai centri delle celle, di creare percorsi più diretti verso il bordo di estrazione, oppure di rendere la rete più densa e interconnessa?

Se desideri creare i tuoi modelli personalizzati (ad esempio a partire da un’immagine di una maschera stampata), segui le istruzioni descritte in /manual/tutorial-shape-db-part-a.html e poi importali nel database delle forme.Se desideri creare i tuoi modelli personalizzati (ad esempio a partire da un’immagine di una maschera stampata), segui le istruzioni descritte in /manual/tutorial-shape-db-part-a.html e poi importali nel database delle forme.

Passaggio 3: Modificare le dimensioni del dispositivo.Passaggio 3: Modificare le dimensioni del dispositivo.

È possibile modificare le dimensioni complessive del dispositivo facendo clic su «Dimensione xz del substrato» nella parte sinistra della finestra principale. In questo modo si aprirà l’editor delle dimensioni mostrato in ??.È possibile modificare le dimensioni complessive del dispositivo facendo clic su «Dimensione xz del substrato» nella parte sinistra della finestra principale. In questo modo si aprirà l’editor delle dimensioni mostrato in ??.

Main window showing substrate xz-size editor and an enlarged substrate — È stata modificata la dimensione del substrato. In questo caso, le dimensioni x e z sono state aumentate e l’area di simulazione è più ampia.È stata modificata la dimensione del substrato. In questo caso, le dimensioni x e z sono state aumentate e l’area di simulazione è più ampia.

Nell’esempio precedente, le dimensioni del substrato sono state raddoppiate. Noterete subito un aspetto importante: il substrato diventa più grande, ma la struttura a nido d’ape non si adatta automaticamente. Questo perché la struttura è un oggetto tridimensionale le cui dimensioni assolute sono definite nell’editor di mesh (vedere ??), e non in base al controllo delle dimensioni del substrato.Nell’esempio precedente, le dimensioni del substrato sono state raddoppiate. Noterete subito un aspetto importante: il substrato diventa più grande, ma la struttura a nido d’ape non si adatta automaticamente. Questo perché la struttura è un oggetto tridimensionale le cui dimensioni assolute sono definite nell’editor di mesh (vedere ??), e non in base al controllo delle dimensioni del substrato.

Di conseguenza, modificare le dimensioni del dispositivo richiede due passaggi:Di conseguenza, modificare le dimensioni del dispositivo richiede due passaggi:

Modificare le dimensioni del substrato (le dimensioni del mondo/dispositivo).Modificare le dimensioni del substrato (le dimensioni del mondo/dispositivo).
Modificate le dimensioni dell’oggetto mesh nell’editor di mesh in modo che copra completamente il nuovo substrato.Modificate le dimensioni dell’oggetto mesh nell’editor di mesh in modo che copra completamente il nuovo substrato.

🧪 Esercizio: ridimensiona il dispositivo e assicurati che la griglia rimanga uniforme.🧪 Esercizio: ridimensiona il dispositivo e assicurati che la griglia rimanga uniforme.

Aumentare le dimensioni del substrato x e z nelle impostazioni «Dimensione substrato xz».Aumentare le dimensioni del substrato x e z nelle impostazioni «Dimensione substrato xz».
Aprire l’editor di mesh dell’oggetto mesh e aumentare i valori dei campi relativi alle dimensioni xyz, in modo che il motivo a nido d’ape copra l’intera superficie del substrato ingrandito.Aprire l’editor di mesh dell’oggetto mesh e aumentare i valori dei campi relativi alle dimensioni xyz, in modo che il motivo a nido d’ape copra l’intera superficie del substrato ingrandito.
Eseguire nuovamente la scansione e confrontare come la resistenza massima varia in funzione delle dimensioni del dispositivo.Eseguire nuovamente la scansione e confrontare come la resistenza massima varia in funzione delle dimensioni del dispositivo.

Domanda: la resistenza aumenta in modo lineare con le dimensioni del dispositivo, oppure la presenza della rete metallica modifica questa relazione? Cosa implica questo per quanto riguarda il passaggio da dispositivi di dimensioni ridotte, utilizzati in laboratorio, a moduli più grandi?Domanda: la resistenza aumenta in modo lineare con le dimensioni del dispositivo, oppure la presenza della rete metallica modifica questa relazione? Cosa implica questo per quanto riguarda il passaggio da dispositivi di dimensioni ridotte, utilizzati in laboratorio, a moduli più grandi?

Conclusione: un flusso di lavoro generale per la risoluzione di problemi di contatto 3D complessi.Conclusione: un flusso di lavoro generale per la risoluzione di problemi di contatto 3D complessi.

Ora avete potuto visionare un flusso di lavoro completo per la simulazione di contatti trasparenti/metallici su ampie superfici:Ora avete potuto visionare un flusso di lavoro completo per la simulazione di contatti trasparenti/metallici su ampie superfici:

Realizzare una struttura di contatto multistrato (polimero + rete metallica + contatto per l’estrazione).Realizzare una struttura di contatto multistrato (polimero + rete metallica + contatto per l’estrazione).
Avvia il programma di analisi per determinare la resistenza effettiva e la caduta di tensione in diversi punti del dispositivo.Avvia il programma di analisi per determinare la resistenza effettiva e la caduta di tensione in diversi punti del dispositivo.
Modificate la geometria (la struttura della maglia, le dimensioni, la spaziatura) e ripetete la simulazione per quantificare i miglioramenti ottenuti.Modificate la geometria (la struttura della maglia, le dimensioni, la spaziatura) e ripetete la simulazione per quantificare i miglioramenti ottenuti.

Questo metodo non si limita alle celle solari. Qualsiasi dispositivo in cui la corrente debba diffondersi lateralmente attraverso uno strato resistivo – pannelli OLED, materiali elettrocromici, sensori, elettronica flessibile, fotodiodi ad ampia superficie – può essere analizzato nello stesso modo. L’aspetto fondamentale è che la fisica del problema è dominata dalla raccolta di corrente attraverso uno strato resistivo, e quindi una rappresentazione del circuito in 3D è sia appropriata che efficiente dal punto di vista computazionale.Questo metodo non si limita alle celle solari. Qualsiasi dispositivo in cui la corrente debba diffondersi lateralmente attraverso uno strato resistivo – pannelli OLED, materiali elettrocromici, sensori, elettronica flessibile, fotodiodi ad ampia superficie – può essere analizzato nello stesso modo. L’aspetto fondamentale è che la fisica del problema è dominata dalla raccolta di corrente attraverso uno strato resistivo, e quindi una rappresentazione del circuito in 3D è sia appropriata che efficiente dal punto di vista computazionale.

👉 Fase successiva: applica questo flusso di lavoro ai tuoi modelli di contatto importando le forme nel database delle forme e regolando le resistenze in modo che corrispondano ai materiali che hai misurato.👉 Fase successiva: applica questo flusso di lavoro ai tuoi modelli di contatto importando le forme nel database delle forme e regolando le resistenze in modo che corrispondano ai materiali che hai misurato.