Editor di livelliEditor di livelli

1. Panoramica1. Panoramica

Quasi tutti i dispositivi optoelettronici, tra cui le celle solari, gli OLED e gli OFET, sono costituiti da una sequenza di strati di materiali. Nei dispositivi inorganici, questi strati vengono spesso realizzati utilizzando metodi come la deposizione in vuoto, mentre nei dispositivi organici e ibridi si utilizzano tecniche come la spalmatura o la stampa. In OghmaNano, questa struttura a strati è rappresentata nell’editor di livelli, che fornisce un’interfaccia per definire e modificare l’epitassia di un dispositivo. Il termine epitassia deriva dalla fisica dei semiconduttori inorganici, ma in OghmaNano si riferisce semplicemente alla sequenza ordinata di strati che compongono un dispositivo.Quasi tutti i dispositivi optoelettronici, tra cui le celle solari, gli OLED e gli OFET, sono costituiti da una sequenza di strati di materiali. Nei dispositivi inorganici, questi strati vengono spesso realizzati utilizzando metodi come la deposizione in vuoto, mentre nei dispositivi organici e ibridi si utilizzano tecniche come la spalmatura o la stampa. In OghmaNano, questa struttura a strati è rappresentata nell’editor di livelli, che fornisce un’interfaccia per definire e modificare l’epitassia di un dispositivo. Il termine epitassia deriva dalla fisica dei semiconduttori inorganici, ma in OghmaNano si riferisce semplicemente alla sequenza ordinata di strati che compongono un dispositivo.

OghmaNano main interface with the Layer editor button highlighted in the Device structure tab. — Finestra principale della simulazione di OghmaNano: il pulsante dell’editor di livelli è evidenziato nella scheda «Struttura del dispositivo». Utilizzatelo per aprire l’editor di livelli e visualizzare o modificare la struttura del dispositivo.Finestra principale della simulazione di OghmaNano: il pulsante dell’editor di livelli è evidenziato nella scheda «Struttura del dispositivo». Utilizzatelo per aprire l’editor di livelli e visualizzare o modificare la struttura del dispositivo.

Layer editor window displaying the device structure table with columns for layer name, thickness, optical material, and type. — Finestra dell’editor dei livelli: visualizza la struttura del dispositivo sotto forma di una tabella di livelli, con proprietà quali nome, spessore, materiale ottico e tipo di livello. È possibile designare uno dei livelli come livello attivo, dove avvengono principalmente la fotogenerazione o il trasporto di carica.Finestra dell’editor dei livelli: visualizza la struttura del dispositivo sotto forma di una tabella di livelli, con proprietà quali nome, spessore, materiale ottico e tipo di livello. È possibile designare uno dei livelli come livello attivo, dove avvengono principalmente la fotogenerazione o il trasporto di carica.

2. Definizione di un livello2. Definizione di un livello

L’editor dei livelli visualizza il dispositivo sotto forma di una tabella di livelli. Ogni riga contiene:L’editor dei livelli visualizza il dispositivo sotto forma di una tabella di livelli. Ogni riga contiene:

Nome del livello: etichetta utilizzata per identificare il livello.Nome del livello: etichetta utilizzata per identificare il livello.
Spessore: lo spessore fisico dello strato.Spessore: lo spessore fisico dello strato.
Materiale ottico: la voce del database dei materiali che fornisce i dati sull’indice di rifrazione e sull’assorbimento.Materiale ottico: la voce del database dei materiali che fornisce i dati sull’indice di rifrazione e sull’assorbimento.
Tipo di livello: indica se il livello è un contatto, elettricamente attivo o non elettricamente attivo.Tipo di livello: indica se il livello è un contatto, elettricamente attivo o non elettricamente attivo.
ID: la colonna più a destra contiene l’ID univoco del livello (l’identificatore dell’oggetto nel file JSON del progetto). È possibile espandere questa colonna per visualizzare il valore completo e copiarlo. Utilizzare questo ID quando si scrivono script o si effettua una ricerca nel file JSON per fare riferimento in modo inequivocabile a un livello specifico, anche se il suo nome, leggibile dall’utente, cambia.ID: la colonna più a destra contiene l’ID univoco del livello (l’identificatore dell’oggetto nel file JSON del progetto). È possibile espandere questa colonna per visualizzare il valore completo e copiarlo. Utilizzare questo ID quando si scrivono script o si effettua una ricerca nel file JSON per fare riferimento in modo inequivocabile a un livello specifico, anche se il suo nome, leggibile dall’utente, cambia.

3. Tipi di livello3. Tipi di livello

Ogni livello di un dispositivo deve essere associato a un tipo di livello, che determina il modo in cui viene gestito nella simulazione. Esistono tre tipi possibili:Ogni livello di un dispositivo deve essere associato a un tipo di livello, che determina il modo in cui viene gestito nella simulazione. Esistono tre tipi possibili:

Contatto: definisce i punti di contatto elettrico sui bordi del dispositivo (solitamente nella parte superiore e inferiore). Questi fungono da punti di estrazione della corrente e stabiliscono le condizioni al contorno utilizzate dal risolutore elettrico.Contatto: definisce i punti di contatto elettrico sui bordi del dispositivo (solitamente nella parte superiore e inferiore). Questi fungono da punti di estrazione della corrente e stabiliscono le condizioni al contorno utilizzate dal risolutore elettrico.
Attivo: indica uno strato semiconduttore in cui sono presenti sia elettroni che lacune, e in cui devono essere risolte le equazioni di deriva-diffusione e di Poisson. In questo strato avvengono il trasporto di carica, la ricombinazione e la generazione di portatori di carica.Attivo: indica uno strato semiconduttore in cui sono presenti sia elettroni che lacune, e in cui devono essere risolte le equazioni di deriva-diffusione e di Poisson. In questo strato avvengono il trasporto di carica, la ricombinazione e la generazione di portatori di carica.
Altro: comprende tutti gli strati rimanenti, come gli strati di trasporto, gli strati tampone o gli strati di incapsulamento. Questi strati saranno presi in considerazione dal modello ottico e termico, ma non dal risolutore che calcola la diffusione dovuta alla deriva.Altro: comprende tutti gli strati rimanenti, come gli strati di trasporto, gli strati tampone o gli strati di incapsulamento. Questi strati saranno presi in considerazione dal modello ottico e termico, ma non dal risolutore che calcola la diffusione dovuta alla deriva.

È un errore comune voler risolvere le equazioni di deriva-diffusione in ogni strato del dispositivo. In pratica, questo non è necessario: molti strati sono costituiti da un singolo tipo di portatore di carica o sono altamente conduttivi, ad esempio gli strati di trasporto di lacune (HTL) e di trasporto di elettroni (ETL) nei dispositivi organici, quindi la ricombinazione elettrone-lacuna e le dinamiche correlate delle coppie di carica non si verificano in questi strati. Risolvere le equazioni di deriva-diffusione in tali regioni aumenta il costo computazionale senza fornire ulteriori informazioni fisiche. Utilizzare il flag dello strato attivo solo quando è assolutamente necessario risolvere le equazioni di deriva-diffusione accoppiate e di Poisson, ad esempio nello strato fotoattivo di una cella solare, nel canale di un OFET o in qualsiasi regione in cui coesistono sia elettroni che lacune e il loro trasporto/ricombinazione deve essere modellato esplicitamente. Strati come HTL/ETL, buffer altamente conduttivi o contatti metallici di solito non dovrebbero essere contrassegnati come attivi, a meno che non si voglia studiare effetti come le curve JV a forma di S nelle celle solari.È un errore comune voler risolvere le equazioni di deriva-diffusione in ogni strato del dispositivo. In pratica, questo non è necessario: molti strati sono costituiti da un singolo tipo di portatore di carica o sono altamente conduttivi, ad esempio gli strati di trasporto di lacune (HTL) e di trasporto di elettroni (ETL) nei dispositivi organici, quindi la ricombinazione elettrone-lacuna e le dinamiche correlate delle coppie di carica non si verificano in questi strati. Risolvere le equazioni di deriva-diffusione in tali regioni aumenta il costo computazionale senza fornire ulteriori informazioni fisiche. Utilizzare il flag dello strato attivo solo quando è assolutamente necessario risolvere le equazioni di deriva-diffusione accoppiate e di Poisson, ad esempio nello strato fotoattivo di una cella solare, nel canale di un OFET o in qualsiasi regione in cui coesistono sia elettroni che lacune e il loro trasporto/ricombinazione deve essere modellato esplicitamente. Strati come HTL/ETL, buffer altamente conduttivi o contatti metallici di solito non dovrebbero essere contrassegnati come attivi, a meno che non si voglia studiare effetti come le curve JV a forma di S nelle celle solari.