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Simulazione di celle solari organiche su larga scala (PM6:Y6): dalle reti di contatto tridimensionali ai dispositivi illuminati.Simulazione di celle solari organiche su larga scala (PM6:Y6): dalle reti di contatto tridimensionali ai dispositivi illuminati.

1. Introduzione1. Introduzione

In questo tutorial continuiamo la serie su... simulazione di dispositivi su larga scalaconcentrandosi sui dispositivi che hanno superato la fase dei piccoli prototipi di laboratorio e sono stati sviluppati in geometrie adatte all’uso pratico. Nel manuale, questo argomento è trattato in una sezione intermedia tra due sezioni esistenti: progettazione di contatti su ampie superfici (senza dispositivi attivi)e moduli perovskitici tridimensionali complessiQuesto esempio colma il divario tra i due concetti, introducendo diodi e l’assorbimento della luce in un sistema precedentemente progettato. struttura di contatto...ma senza arrivare a una soluzione completa. modulo interconnesso. In questo tutorial continuiamo la serie su... simulazione di dispositivi su larga scalaconcentrandosi sui dispositivi che hanno superato la fase dei piccoli prototipi di laboratorio e sono stati sviluppati in geometrie adatte all’uso pratico. Nel manuale, questo argomento è trattato in una sezione intermedia tra due sezioni esistenti: progettazione di contatti su ampie superfici (senza dispositivi attivi)e moduli perovskitici tridimensionali complessiQuesto esempio colma il divario tra i due concetti, introducendo diodi e l’assorbimento della luce in un sistema precedentemente progettato. struttura di contatto...ma senza arrivare a una soluzione completa. modulo interconnesso.

In questo esempio, simuliamo una singola cella solare organica di grandi dimensioni, basata su un’architettura di tipo PM6:Y6, con contatti metallici esagonali stampati. L’obiettivo è capire come si comporta un dispositivo che funziona bene su una piccola superficie quando viene aumentata di dimensioni, e in quali circostanze il flusso di corrente laterale, la caduta di tensione e la resistenza di contatto iniziano a diventare fattori determinanti. Sebbene questo tutorial utilizzi materiali OPV, il flusso di lavoro è generale: sostituendo i dati ottici n/k e regolando i valori dei componenti, lo stesso modello può rappresentare il dispositivo oggetto della vostra ricerca.In questo esempio, simuliamo una singola cella solare organica di grandi dimensioni, basata su un’architettura di tipo PM6:Y6, con contatti metallici esagonali stampati. L’obiettivo è capire come si comporta un dispositivo che funziona bene su una piccola superficie quando viene aumentata di dimensioni, e in quali circostanze il flusso di corrente laterale, la caduta di tensione e la resistenza di contatto iniziano a diventare fattori determinanti. Sebbene questo tutorial utilizzi materiali OPV, il flusso di lavoro è generale: sostituendo i dati ottici n/k e regolando i valori dei componenti, lo stesso modello può rappresentare il dispositivo oggetto della vostra ricerca.

Per applicare questo flusso di lavoro al proprio dispositivo, è sufficiente fornire due serie di dati di input: le resistività degli strati (generalmente ricavate dalla letteratura scientifica o da semplici strutture di prova) e un numero limitato di parametri della giunzione, come il fattore di idealità, la fotocorrente e la corrente di saturazione. Una volta impostati questi parametri, il modello consente di simulare l’aumento delle dimensioni di un dispositivo di laboratorio e di identificare quali meccanismi di perdita ne limiteranno l’efficienza quando verrà utilizzato in applicazioni reali su larga scala.Per applicare questo flusso di lavoro al proprio dispositivo, è sufficiente fornire due serie di dati di input: le resistività degli strati (generalmente ricavate dalla letteratura scientifica o da semplici strutture di prova) e un numero limitato di parametri della giunzione, come il fattore di idealità, la fotocorrente e la corrente di saturazione. Una volta impostati questi parametri, il modello consente di simulare l’aumento delle dimensioni di un dispositivo di laboratorio e di identificare quali meccanismi di perdita ne limiteranno l’efficienza quando verrà utilizzato in applicazioni reali su larga scala.

In questo caso, non utilizziamo il modello completo di diffusione-deriva 3D, anche se OghmaNano lo offre. Per i dispositivi di grandi dimensioni, la simulazione completa della diffusione-deriva 3D diventa rapidamente troppo complessa dal punto di vista computazionale ed è spesso superflua, poiché le principali limitazioni derivano dal trasporto laterale e dalla resistenza di contatto, piuttosto che dal movimento dei portatori di carica attraverso ogni strato. Invece, OghmaNano crea un modello di circuito 3D che tiene conto della geometria, in cui il trasporto laterale e i contatti sono rappresentati da elementi resistivi e il comportamento fotovoltaico è modellato utilizzando diodi integrati.In questo caso, non utilizziamo il modello completo di diffusione-deriva 3D, anche se OghmaNano lo offre. Per i dispositivi di grandi dimensioni, la simulazione completa della diffusione-deriva 3D diventa rapidamente troppo complessa dal punto di vista computazionale ed è spesso superflua, poiché le principali limitazioni derivano dal trasporto laterale e dalla resistenza di contatto, piuttosto che dal movimento dei portatori di carica attraverso ogni strato. Invece, OghmaNano crea un modello di circuito 3D che tiene conto della geometria, in cui il trasporto laterale e i contatti sono rappresentati da elementi resistivi e il comportamento fotovoltaico è modellato utilizzando diodi integrati.

Sebbene il problema elettrico venga risolto mediante una formulazione circuitale, l’ottica viene trattata in modo rigoroso. La fotogenerazione viene calcolata utilizzando un risolutore ottico basato sulla matrice di trasferimento, valutato in sezioni monodimensionali lungo la geometria tridimensionale, mantenendo gli effetti di interferenza e assorbimento dei film sottili, mentre il risolutore circuitale gestisce la raccolta di corrente su aree estese.Sebbene il problema elettrico venga risolto mediante una formulazione circuitale, l’ottica viene trattata in modo rigoroso. La fotogenerazione viene calcolata utilizzando un risolutore ottico basato sulla matrice di trasferimento, valutato in sezioni monodimensionali lungo la geometria tridimensionale, mantenendo gli effetti di interferenza e assorbimento dei film sottili, mentre il risolutore circuitale gestisce la raccolta di corrente su aree estese.

2. Avvia la simulazione.2. Avvia la simulazione.

Nella finestra principale, fare clic su «Nuova simulazione». Verrà visualizzato un elenco delle categorie di simulazione (vedere ??). Quindi, fare doppio clic su «Cella solare PM6:Y6 ad ampia superficie» (vedere ??).Nella finestra principale, fare clic su «Nuova simulazione». Verrà visualizzato un elenco delle categorie di simulazione (vedere ??). Quindi, fare doppio clic su «Cella solare PM6:Y6 ad ampia superficie» (vedere ??).

New simulation dialog showing categories including Large area 3D device models
Nuova finestra di dialogo per la simulazione. Fate doppio clic sui modelli 3D di grandi dimensioni.Nuova finestra di dialogo per la simulazione. Fate doppio clic sui modelli 3D di grandi dimensioni.
Large area 3D device models list with Large area PM6:Y6 solar cell
Selezionare la cella solare PM6:Y6 di grandi dimensioni.Selezionare la cella solare PM6:Y6 di grandi dimensioni.

Dopo aver creato la simulazione, si apre la finestra principale e viene visualizzata la geometria del dispositivo in tre dimensioni (vedere ??). Il contatto superiore è una rete metallica esagonale (a nido d’ape) contrassegnata con la sigla Ag. Questo strato d’argento funge da griglia altamente conduttiva per la raccolta della corrente. Poiché è realizzato come una rete, la maggior parte della superficie rimane aperta, consentendo alla luce di attraversare il contatto. Sotto la rete d’argento si trova il PEDOT:PSS, che funge da strato per la diffusione laterale della corrente. Come nel tutorial sul contatto ad ampia superficie, la carica viene inizialmente raccolta lateralmente nello strato polimerico e quindi trasferita nella griglia d’argento a bassa resistenza per un’estrazione efficiente.Dopo aver creato la simulazione, si apre la finestra principale e viene visualizzata la geometria del dispositivo in tre dimensioni (vedere ??). Il contatto superiore è una rete metallica esagonale (a nido d’ape) contrassegnata con la sigla Ag. Questo strato d’argento funge da griglia altamente conduttiva per la raccolta della corrente. Poiché è realizzato come una rete, la maggior parte della superficie rimane aperta, consentendo alla luce di attraversare il contatto. Sotto la rete d’argento si trova il PEDOT:PSS, che funge da strato per la diffusione laterale della corrente. Come nel tutorial sul contatto ad ampia superficie, la carica viene inizialmente raccolta lateralmente nello strato polimerico e quindi trasferita nella griglia d’argento a bassa resistenza per un’estrazione efficiente.

Lo strato fotoattivo è costituito da PM6:Y6. Dal punto di vista elettrico, questo strato è rappresentato da un elemento a diodo con generazione ottica attivata, mentre ulteriori componenti resistivi garantiscono che il modello tenga conto della sua conduttività finita. Nella parte inferiore dello stack si trova un contatto continuo in Ag che copre l’intera area del dispositivo e completa il collegamento elettrico.Lo strato fotoattivo è costituito da PM6:Y6. Dal punto di vista elettrico, questo strato è rappresentato da un elemento a diodo con generazione ottica attivata, mentre ulteriori componenti resistivi garantiscono che il modello tenga conto della sua conduttività finita. Nella parte inferiore dello stack si trova un contatto continuo in Ag che copre l’intera area del dispositivo e completa il collegamento elettrico.

La barra verde visibile nella finestra principale potrebbe sembrare fluttuante, ma in realtà è semplicemente un indicatore visivo della condizione al contorno utilizzata per l’estrazione. Essa delimita la regione in cui il risolutore applica il contatto elettrico utilizzato per estrarre la corrente dalla rete del circuito.La barra verde visibile nella finestra principale potrebbe sembrare fluttuante, ma in realtà è semplicemente un indicatore visivo della condizione al contorno utilizzata per l’estrazione. Essa delimita la regione in cui il risolutore applica il contatto elettrico utilizzato per estrarre la corrente dalla rete del circuito.

Main window showing 3D layered device with Ag mesh, PEDOT:PSS, PM6:Y6, and a green extraction bar
Visualizzazione in 3D della cella ad ampia superficie. La griglia esagonale è costituita da Ag (argento). La barra verde mobile indica la zona di contatto per l’estrazione, dove la griglia del circuito viene testata per raccogliere la corrente.Visualizzazione in 3D della cella ad ampia superficie. La griglia esagonale è costituita da Ag (argento). La barra verde mobile indica la zona di contatto per l’estrazione, dove la griglia del circuito viene testata per raccogliere la corrente.
Layer editor showing Ag, PEDOT:PSS, PM6:Y6 and contacts as a stacked epitaxial structure
Struttura a strati per l’esempio di PM6:Y6 su ampia superficie. Gli strati contrassegnati come «attivi» sono collegati elettricamente; gli strati di contatto forniscono le condizioni al contorno.Struttura a strati per l’esempio di PM6:Y6 su ampia superficie. Gli strati contrassegnati come «attivi» sono collegati elettricamente; gli strati di contatto forniscono le condizioni al contorno.

3. Ispezionare lo strato epitassiale e i contatti.3. Ispezionare lo strato epitassiale e i contatti.

Questa simulazione (e l’esempio precedente di contatto su ampia superficie) è definita utilizzando una struttura epitassiale a strati. Il dispositivo è realizzato come una pila di strati sottili mediante l’editor di strati, il che garantisce che ogni strato sia posizionato in modo preciso sopra quello successivo, senza spazi vuoti e con una gestione uniforme dello spessore. Questo approccio è particolarmente adatto ai dispositivi planari su ampia superficie, in cui la pila verticale è fissa e il comportamento laterale è introdotto tramite il modello del circuito. Si differenzia dalle simulazioni successive, basate su moduli (vedere il tutorial moduli interconnessi), in cui le «dita», le barre di collegamento e schemi più complessi sono definiti esplicitamente utilizzando una geometria 3D completa.Questa simulazione (e l’esempio precedente di contatto su ampia superficie) è definita utilizzando una struttura epitassiale a strati. Il dispositivo è realizzato come una pila di strati sottili mediante l’editor di strati, il che garantisce che ogni strato sia posizionato in modo preciso sopra quello successivo, senza spazi vuoti e con una gestione uniforme dello spessore. Questo approccio è particolarmente adatto ai dispositivi planari su ampia superficie, in cui la pila verticale è fissa e il comportamento laterale è introdotto tramite il modello del circuito. Si differenzia dalle simulazioni successive, basate su moduli (vedere il tutorial moduli interconnessi), in cui le «dita», le barre di collegamento e schemi più complessi sono definiti esplicitamente utilizzando una geometria 3D completa.

Per esaminare la struttura, aprire l’editor dei livelli per visualizzare la pila di livelli (vedere ??) e quindi aprire il pannello dei contatti nell’editor della struttura del dispositivo (vedere ??). Dal punto di vista geometrico, la configurazione è semplice ma importante: il contatto inferiore copre l’intera area del dispositivo, mentre il contatto superiore è molto più piccolo e definisce la regione da cui viene estratta la corrente, in linea con il marcatore di estrazione verde visualizzato nella vista 3D. Comprendere la geometria di questi contatti è fondamentale, poiché determina i percorsi laterali della corrente che influenzano il comportamento dei dispositivi di grandi dimensioni.Per esaminare la struttura, aprire l’editor dei livelli per visualizzare la pila di livelli (vedere ??) e quindi aprire il pannello dei contatti nell’editor della struttura del dispositivo (vedere ??). Dal punto di vista geometrico, la configurazione è semplice ma importante: il contatto inferiore copre l’intera area del dispositivo, mentre il contatto superiore è molto più piccolo e definisce la regione da cui viene estratta la corrente, in linea con il marcatore di estrazione verde visualizzato nella vista 3D. Comprendere la geometria di questi contatti è fondamentale, poiché determina i percorsi laterali della corrente che influenzano il comportamento dei dispositivi di grandi dimensioni.

Edit contacts window showing top and bottom contacts, voltage settings, and widths
Contatto superiore. Il contatto superiore è una regione di estrazione più piccola; il contatto inferiore copre l’intero dispositivo.Contatto superiore. Il contatto superiore è una regione di estrazione più piccola; il contatto inferiore copre l’intero dispositivo.

4. Ispezione della rete4. Ispezione della rete

Passa alla scheda «Schema circuitale» e fai clic sull’icona di aggiornamento in basso a sinistra (il pulsante con il simbolo del riciclo). Questa operazione crea la rappresentazione del circuito del dispositivo direttamente a partire dalla geometria e dalla struttura a strati definite. La griglia del circuito risultante è visualizzata in ??. Ogni collegamento nella griglia corrisponde a un elemento del circuito, come una resistenza o un diodo, e il colore indica lo strato o la regione del materiale da cui proviene.Passa alla scheda «Schema circuitale» e fai clic sull’icona di aggiornamento in basso a sinistra (il pulsante con il simbolo del riciclo). Questa operazione crea la rappresentazione del circuito del dispositivo direttamente a partire dalla geometria e dalla struttura a strati definite. La griglia del circuito risultante è visualizzata in ??. Ogni collegamento nella griglia corrisponde a un elemento del circuito, come una resistenza o un diodo, e il colore indica lo strato o la regione del materiale da cui proviene.

Ruotando la visuale, è possibile individuare chiaramente le aree di contatto superiore e inferiore. Nelle immagini ?? e ??, i punti blu indicano i nodi da cui viene estratta la corrente dalla griglia del circuito. Questi nodi definiscono le condizioni al contorno di contatto e rappresentano i punti in cui il risolutore del circuito preleva la corrente dal dispositivo.Ruotando la visuale, è possibile individuare chiaramente le aree di contatto superiore e inferiore. Nelle immagini ?? e ??, i punti blu indicano i nodi da cui viene estratta la corrente dalla griglia del circuito. Questi nodi definiscono le condizioni al contorno di contatto e rappresentano i punti in cui il risolutore del circuito preleva la corrente dal dispositivo.

Circuit mesh showing 3D network links representing resistors and diode elements, color-coded by layer
Rete di circuiti generata a partire dalla geometria a strati. I collegamenti rappresentano elementi resistivi/diodi; i colori indicano le diverse aree dei livelli.Rete di circuiti generata a partire dalla geometria a strati. I collegamenti rappresentano elementi resistivi/diodi; i colori indicano le diverse aree dei livelli.
Top view of the circuit mesh showing blue extraction nodes on the top contact and the metal mesh pattern
Vista dall’alto del contatto. I punti blu indicano i nodi di estrazione, nei quali il risolutore raccoglie la corrente nella regione del contatto superiore.Vista dall’alto del contatto. I punti blu indicano i nodi di estrazione, nei quali il risolutore raccoglie la corrente nella regione del contatto superiore.
Bottom view of the circuit mesh showing extraction nodes across the full bottom contact
Vista dal basso, con contatto inferiore. I punti blu indicano i nodi di estrazione distribuiti sull’intera superficie dell’elettrodo inferiore.Vista dal basso, con contatto inferiore. I punti blu indicano i nodi di estrazione distribuiti sull’intera superficie dell’elettrodo inferiore.

5. Parametri elettrici e generazione ottica5. Parametri elettrici e generazione ottica

Acceda ai parametri elettrici dal pannello della struttura del dispositivo. Questo editor controlla le proprietà della resistenza e del diodo utilizzate nel modello del circuito ad ampia superficie. Esempi di impostazioni sono mostrati in ?? e ??. Per lo strato PM6:Y6, vedrete i parametri specifici di un elemento diodo, tra cui il fattore di idealità n e la corrente di polarizzazione inversa (di saturazione) I0. Se sostituite questi valori con quelli ottenuti dalle vostre curve sperimentali, potrete vedere come si comporterà il vostro dispositivo. Potete anche abilitare la generazione ottica di portatori di carica. Quando la generazione ottica è abilitata, il risolutore ottico basato sulla matrice di trasferimento fornisce un termine di fotogenerazione che viene inserito nel modello elettrico come fotocorrente Iph nell'equazione del diodo illuminato:Acceda ai parametri elettrici dal pannello della struttura del dispositivo. Questo editor controlla le proprietà della resistenza e del diodo utilizzate nel modello del circuito ad ampia superficie. Esempi di impostazioni sono mostrati in ?? e ??. Per lo strato PM6:Y6, vedrete i parametri specifici di un elemento diodo, tra cui il fattore di idealità n e la corrente di polarizzazione inversa (di saturazione) I0. Se sostituite questi valori con quelli ottenuti dalle vostre curve sperimentali, potrete vedere come si comporterà il vostro dispositivo. Potete anche abilitare la generazione ottica di portatori di carica. Quando la generazione ottica è abilitata, il risolutore ottico basato sulla matrice di trasferimento fornisce un termine di fotogenerazione che viene inserito nel modello elettrico come fotocorrente Iph nell'equazione del diodo illuminato:

I(V) = I0 [exp(qV / (n k T)) − 1] − Iph I(V) = I0 [exp(qV / (n k T)) − 1] − Iph

In questo tutorial, l’interruttore controlla efficacemente il termine Iph. Quando la generazione ottica è disattivata, il circuito si comporta come una rete di diodi spenti. Quando è attivata, l’illuminazione inietta corrente nel circuito attraverso l’elemento diodo, e il valore di Iph è determinato dal flusso di fotoni assorbiti dall’ottica a matrice di trasferimento.In questo tutorial, l’interruttore controlla efficacemente il termine Iph. Quando la generazione ottica è disattivata, il circuito si comporta come una rete di diodi spenti. Quando è attivata, l’illuminazione inietta corrente nel circuito attraverso l’elemento diodo, e il valore di Iph è determinato dal flusso di fotoni assorbiti dall’ottica a matrice di trasferimento.

Electrical parameter editor showing Ag layer with series resistivity value
Parametri elettrici per l’argento (Ag). In questo caso, l’argento viene considerato un conduttore resistivo con una resistività molto bassa (un efficiente sistema di raccolta della corrente).Parametri elettrici per l’argento (Ag). In questo caso, l’argento viene considerato un conduttore resistivo con una resistività molto bassa (un efficiente sistema di raccolta della corrente).
Electrical parameter editor for PM6:Y6 with diode parameters, resistivities, ideality factor, reverse bias current, and optical generation toggle
Parametri elettrici per PM6:Y6. Questo strato è configurato come un diodo (fattore di idealità, corrente di saturazione inversa) e può includere la generazione ottica.Parametri elettrici per PM6:Y6. Questo strato è configurato come un diodo (fattore di idealità, corrente di saturazione inversa) e può includere la generazione ottica.

💡 Dettaglio tecnico: lo strato attivo può essere suddiviso in più elementi resistivi lungo il suo spessore per tenere conto del trasporto di carica e della resistenza in serie. Tuttavia, il modello del circuito contiene sempre un singolo strato di diodi, solitamente posizionato nella parte inferiore della regione attiva. Ciò riflette il fatto che il diodo rappresenta la risposta complessiva alla corrente-tensione e la fotogenerazione del dispositivo, mentre gli elementi resistivi tengono conto della caduta di tensione e della dispersione della corrente all’interno del materiale.💡 Dettaglio tecnico: lo strato attivo può essere suddiviso in più elementi resistivi lungo il suo spessore per tenere conto del trasporto di carica e della resistenza in serie. Tuttavia, il modello del circuito contiene sempre un singolo strato di diodi, solitamente posizionato nella parte inferiore della regione attiva. Ciò riflette il fatto che il diodo rappresenta la risposta complessiva alla corrente-tensione e la fotogenerazione del dispositivo, mentre gli elementi resistivi tengono conto della caduta di tensione e della dispersione della corrente all’interno del materiale.

6. Esecuzione della simulazione6. Esecuzione della simulazione

Per avviare la simulazione, fare clic su «Esegui simulazione» (il triangolo blu nella barra degli strumenti principale) oppure premere F9. Il programma di risoluzione inizierà immediatamente l’esecuzione e la finestra di output si aggiornerà in tempo reale (vedere ??).Per avviare la simulazione, fare clic su «Esegui simulazione» (il triangolo blu nella barra degli strumenti principale) oppure premere F9. Il programma di risoluzione inizierà immediatamente l’esecuzione e la finestra di output si aggiornerà in tempo reale (vedere ??).

Le linee colorate che compaiono all’inizio dell’output corrispondono al calcolo ottico. In questa fase, il risolutore basato sulla matrice di trasferimento valuta la fotogenerazione all’interno del dispositivo, sezione per sezione, per creare il profilo di generazione risolto spazialmente. Una volta completata questa operazione, il risolutore passa alla fase relativa al problema elettrico e inizia a risolvere la rete del circuito.Le linee colorate che compaiono all’inizio dell’output corrispondono al calcolo ottico. In questa fase, il risolutore basato sulla matrice di trasferimento valuta la fotogenerazione all’interno del dispositivo, sezione per sezione, per creare il profilo di generazione risolto spazialmente. Una volta completata questa operazione, il risolutore passa alla fase relativa al problema elettrico e inizia a risolvere la rete del circuito.

Terminal output while the large-area simulation is running, showing optical slice solves and electrical JV progress
Durante l’esecuzione della simulazione vengono visualizzati i risultati del risolutore. Le linee colorate rappresentano le sezioni ottiche; le linee successive mostrano l’andamento e la convergenza dei parametri elettrici.Durante l’esecuzione della simulazione vengono visualizzati i risultati del risolutore. Le linee colorate rappresentano le sezioni ottiche; le linee successive mostrano l’andamento e la convergenza dei parametri elettrici.
Output tab showing generated result files including JV contact CSVs and plots
Una volta completata l’operazione, i risultati saranno visualizzati nella scheda «Output». I file di output includono le curve JV (corrente-tensione) elaborate per ciascun contatto e i dati esportati.Una volta completata l’operazione, i risultati saranno visualizzati nella scheda «Output». I file di output includono le curve JV (corrente-tensione) elaborate per ciascun contatto e i dati esportati.

È importante monitorare l’output del programma durante l’esecuzione della simulazione. Queste informazioni non sono semplici dati di controllo, ma forniscono indicazioni utili per capire se la simulazione si sta comportando in modo fisicamente realistico. Nell’immagine mostrata, possiamo vedere che circa −9,48 × 102 A m−2 fluisce da un contatto, mentre −9,48 × 101 A m−2 fluisce dall’altro. Contemporaneamente, il valore residuo del risolutore, indicato con F = 1,7 × 10−14, indica che la continuità della corrente è stata soddisfatta con un’elevatissima precisione, e che il primo punto della curva corrente-tensione (JV) è stato calcolato in circa 17 ms.È importante monitorare l’output del programma durante l’esecuzione della simulazione. Queste informazioni non sono semplici dati di controllo, ma forniscono indicazioni utili per capire se la simulazione si sta comportando in modo fisicamente realistico. Nell’immagine mostrata, possiamo vedere che circa −9,48 × 102 A m−2 fluisce da un contatto, mentre −9,48 × 101 A m−2 fluisce dall’altro. Contemporaneamente, il valore residuo del risolutore, indicato con F = 1,7 × 10−14, indica che la continuità della corrente è stata soddisfatta con un’elevatissima precisione, e che il primo punto della curva corrente-tensione (JV) è stato calcolato in circa 17 ms.

La differenza nella densità di corrente tra i due contatti è del tutto prevedibile. Il contatto inferiore copre l’intera area del dispositivo, mentre il contatto superiore occupa solo una piccola porzione. Di conseguenza, la stessa corrente totale viene estratta attraverso un’area molto più piccola nel contatto superiore, il che determina una densità di corrente significativamente più elevata in quel punto. L’analisi dei risultati ottenuti in questo modo consente di verificare rapidamente ed efficacemente che la geometria della simulazione e le condizioni al contorno siano fisicamente coerenti. Se l’errore residuo dovesse aumentare fino a raggiungere valori prossimi all’unità, o se il tempo di esecuzione diventasse insolitamente lungo, ciò indicherebbe in genere un problema, come una griglia danneggiata o un contatto disconnesso. Una volta completata la simulazione, aprire la scheda Output (vedere ??). Le diverse opzioni di output sono descritte in dettaglio in tutorial precedente e vengono analizzate più approfonditamente in tutorial successivo. In questo caso, ci concentreremo esclusivamente sulle curve JV relative ai singoli contatti.La differenza nella densità di corrente tra i due contatti è del tutto prevedibile. Il contatto inferiore copre l’intera area del dispositivo, mentre il contatto superiore occupa solo una piccola porzione. Di conseguenza, la stessa corrente totale viene estratta attraverso un’area molto più piccola nel contatto superiore, il che determina una densità di corrente significativamente più elevata in quel punto. L’analisi dei risultati ottenuti in questo modo consente di verificare rapidamente ed efficacemente che la geometria della simulazione e le condizioni al contorno siano fisicamente coerenti. Se l’errore residuo dovesse aumentare fino a raggiungere valori prossimi all’unità, o se il tempo di esecuzione diventasse insolitamente lungo, ciò indicherebbe in genere un problema, come una griglia danneggiata o un contatto disconnesso. Una volta completata la simulazione, aprire la scheda Output (vedere ??). Le diverse opzioni di output sono descritte in dettaglio in tutorial precedente e vengono analizzate più approfonditamente in tutorial successivo. In questo caso, ci concentreremo esclusivamente sulle curve JV relative ai singoli contatti.

Ogni contatto elettrico ha il proprio file JV, denominato jv_contact0.csv e jv_contact1.csv, che registra la corrente che fluisce da tale specifico contatto. Sebbene le densità di corrente siano diverse, la corrente totale estratta è la stessa una volta che si tiene conto delle aree di contatto. Aprendo il file jv_contact0.csv, si visualizza la curva JV mostrata di seguito.Ogni contatto elettrico ha il proprio file JV, denominato jv_contact0.csv e jv_contact1.csv, che registra la corrente che fluisce da tale specifico contatto. Sebbene le densità di corrente siano diverse, la corrente totale estratta è la stessa una volta che si tiene conto delle aree di contatto. Aprendo il file jv_contact0.csv, si visualizza la curva JV mostrata di seguito.

Current-voltage curve for large-area PM6:Y6 solar cell contact
Curva caratteristica corrente-tensione (JV) per un singolo contatto del dispositivo PM6:Y6 ad ampia superficie. Nonostante l’ampia superficie del dispositivo, la tensione a circuito aperto rimane intorno a 0,6-0,7 V, il che indica che si tratta ancora di una singola giunzione fotovoltaica distribuita lateralmente.Curva caratteristica corrente-tensione (JV) per un singolo contatto del dispositivo PM6:Y6 ad ampia superficie. Nonostante l’ampia superficie del dispositivo, la tensione a circuito aperto rimane intorno a 0,6-0,7 V, il che indica che si tratta ancora di una singola giunzione fotovoltaica distribuita lateralmente.

7. Modifica dei parametri del materiale.7. Modifica dei parametri del materiale.

È possibile modificare direttamente le proprietà dei materiali tramite l’editor degli oggetti. Cliccando con il tasto destro su qualsiasi livello nella visualizzazione 3D e selezionando «Modifica oggetto», si apre l’editor degli oggetti (vedere ?? e ??).È possibile modificare direttamente le proprietà dei materiali tramite l’editor degli oggetti. Cliccando con il tasto destro su qualsiasi livello nella visualizzazione 3D e selezionando «Modifica oggetto», si apre l’editor degli oggetti (vedere ?? e ??).

Context menu in the 3D view with Edit object selected for a layer
Fare clic con il pulsante destro del mouse su un livello nella visualizzazione 3D e selezionare «Modifica oggetto» per aprire l’editor degli oggetti.Fare clic con il pulsante destro del mouse su un livello nella visualizzazione 3D e selezionare «Modifica oggetto» per aprire l’editor degli oggetti.
Object editor window showing optical material selection and shape settings for the selected layer
L’editor di oggetti consente di modificare il materiale ottico, la forma dell’oggetto e altre proprietà.L’editor di oggetti consente di modificare il materiale ottico, la forma dell’oggetto e altre proprietà.

Da qui è possibile modificare il materiale ottico assegnato all’oggetto, modificarne la forma geometrica (ad esempio, quando si utilizzano lenti con motivi decorativi, come le strutture a nido d’ape) o regolare gli attributi visivi, come il colore. In questa simulazione di tipo epitassiale, la posizione assoluta dell’oggetto è in gran parte definita dalla struttura a strati, quindi parametri come la traslazione e la rotazione di solito hanno un effetto limitato. Ciò che conta di più è l’assegnazione del materiale ottico e la geometria dell’oggetto.Da qui è possibile modificare il materiale ottico assegnato all’oggetto, modificarne la forma geometrica (ad esempio, quando si utilizzano lenti con motivi decorativi, come le strutture a nido d’ape) o regolare gli attributi visivi, come il colore. In questa simulazione di tipo epitassiale, la posizione assoluta dell’oggetto è in gran parte definita dalla struttura a strati, quindi parametri come la traslazione e la rotazione di solito hanno un effetto limitato. Ciò che conta di più è l’assegnazione del materiale ottico e la geometria dell’oggetto.

💡 Provate questo: fate clic con il pulsante destro del mouse sullo strato PM6:Y6 e sostituite il suo materiale ottico con un perovskite. Quindi, eseguite nuovamente la simulazione e osservate come cambia la curva JV. Se lo desiderate, potete anche aggiornare i parametri del diodo, come il fattore di idealità, la corrente di saturazione e la fotocorrente, utilizzando i valori riportati nella letteratura scientifica sui perovskiti.💡 Provate questo: fate clic con il pulsante destro del mouse sullo strato PM6:Y6 e sostituite il suo materiale ottico con un perovskite. Quindi, eseguite nuovamente la simulazione e osservate come cambia la curva JV. Se lo desiderate, potete anche aggiornare i parametri del diodo, come il fattore di idealità, la corrente di saturazione e la fotocorrente, utilizzando i valori riportati nella letteratura scientifica sui perovskiti.

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