1. Quali sono i vantaggi dell’ottimizzazione dei parametri?1. Quali sono i vantaggi dell’ottimizzazione dei parametri?

Quando si ottimizza un dispositivo, un ingegnere o uno scienziato è spesso interessato a determinare la struttura ottimale, piuttosto che semplicemente analizzare come varia un singolo parametro. Per fare un esempio semplice, una cella solare in perovskite è costituita da più strati, ciascuno dei quali ha uno spessore che influenza le prestazioni del dispositivo. La domanda che si pone quindi è: qual è lo spessore ottimale di ciascuno strato?Quando si ottimizza un dispositivo, un ingegnere o uno scienziato è spesso interessato a determinare la struttura ottimale, piuttosto che semplicemente analizzare come varia un singolo parametro. Per fare un esempio semplice, una cella solare in perovskite è costituita da più strati, ciascuno dei quali ha uno spessore che influenza le prestazioni del dispositivo. La domanda che si pone quindi è: qual è lo spessore ottimale di ciascuno strato?

Se lo strato di perovskite è molto spesso, una grande quantità della luce incidente verrà assorbita. Tuttavia, lo svantaggio è che i portatori di carica devono percorrere una distanza maggiore per uscire dal dispositivo, aumentando il loro tempo di permanenza e, di conseguenza, la probabilità di ricombinazione. Al contrario, se lo strato è molto sottile, i portatori di carica possono essere estratti in modo più efficiente, ma un numero inferiore di fotoni viene assorbito inizialmente.Se lo strato di perovskite è molto spesso, una grande quantità della luce incidente verrà assorbita. Tuttavia, lo svantaggio è che i portatori di carica devono percorrere una distanza maggiore per uscire dal dispositivo, aumentando il loro tempo di permanenza e, di conseguenza, la probabilità di ricombinazione. Al contrario, se lo strato è molto sottile, i portatori di carica possono essere estratti in modo più efficiente, ma un numero inferiore di fotoni viene assorbito inizialmente.

La situazione si complica ulteriormente a causa degli effetti di interferenza ottica. La luce si riflette più volte sulle superfici di contatto all’interno del dispositivo, creando schemi di onde stazionarie che dipendono fortemente dallo spessore di tutti gli strati. Di conseguenza, ottimizzare un singolo strato isolatamente è raramente sufficiente; è invece necessario ottimizzare contemporaneamente lo spessore di diversi strati.La situazione si complica ulteriormente a causa degli effetti di interferenza ottica. La luce si riflette più volte sulle superfici di contatto all’interno del dispositivo, creando schemi di onde stazionarie che dipendono fortemente dallo spessore di tutti gli strati. Di conseguenza, ottimizzare un singolo strato isolatamente è raramente sufficiente; è invece necessario ottimizzare contemporaneamente lo spessore di diversi strati.

Per risolvere questo tipo di problema di ottimizzazione che coinvolge molteplici parametri, OghmaNano offre un ottimizzatore rapido all’interno della finestra di scansione, in grado di esplorare in modo efficiente lo spazio dei parametri e individuare le configurazioni di dispositivo più adatte.Per risolvere questo tipo di problema di ottimizzazione che coinvolge molteplici parametri, OghmaNano offre un ottimizzatore rapido all’interno della finestra di scansione, in grado di esplorare in modo efficiente lo spazio dei parametri e individuare le configurazioni di dispositivo più adatte.

2. Apertura dell’esempio2. Apertura dell’esempio

Nella nuova finestra di simulazione, nella sezione dedicata alla programmazione e all’ottimizzazione, sono disponibili diversi esempi che illustrano i flussi di lavoro per l’ottimizzazione di più parametri:Nella nuova finestra di simulazione, nella sezione dedicata alla programmazione e all’ottimizzazione, sono disponibili diversi esempi che illustrano i flussi di lavoro per l’ottimizzazione di più parametri:

• Ottimizzatore dello strato elettrico: modifica lo spessore di due strati attivi in una cella solare organica e rappresenta graficamente l’efficienza di conversione della potenza (PCE), il fattore di riempimento (FF) e la tensione a circuito aperto (VOC) in funzione dello spessore dello strato.Ottimizzatore dello strato elettrico: modifica lo spessore di due strati attivi in una cella solare organica e rappresenta graficamente l’efficienza di conversione della potenza (PCE), il fattore di riempimento (FF) e la tensione a circuito aperto (VOC) in funzione dello spessore dello strato.
• Ottimizzatore dello strato ottico (celle fotovoltaiche in perovskite): modifica lo spessore di due strati in una cella solare in perovskite e rappresenta graficamente la corrente generata in ciascuno strato.Ottimizzatore dello strato ottico (celle fotovoltaiche in perovskite): modifica lo spessore di due strati in una cella solare in perovskite e rappresenta graficamente la corrente generata in ciascuno strato.
• Ottimizzatore dello strato ottico (OPV): modifica lo spessore di due strati in un dispositivo OPV e rappresenta graficamente la corrente generata in ciascuno strato.Ottimizzatore dello strato ottico (OPV): modifica lo spessore di due strati in un dispositivo OPV e rappresenta graficamente la corrente generata in ciascuno strato.

L’esempio di cui si parla in questa pagina è accessibile tramite il pulsante «Nuova simulazione» nella finestra principale. Cliccando su questo pulsante, si apre il browser «Nuova simulazione» mostrato in ??. Da lì, fare doppio clic su «Scripting e ottimizzazione» per visualizzare l’elenco degli esempi di automazione (??), quindi fare doppio clic su «Ottimizzatore di strati ottici (celle fotovoltaiche in perovskite)» per aprire l’esempio a cui si fa riferimento in questa pagina.L’esempio di cui si parla in questa pagina è accessibile tramite il pulsante «Nuova simulazione» nella finestra principale. Cliccando su questo pulsante, si apre il browser «Nuova simulazione» mostrato in ??. Da lì, fare doppio clic su «Scripting e ottimizzazione» per visualizzare l’elenco degli esempi di automazione (??), quindi fare doppio clic su «Ottimizzatore di strati ottici (celle fotovoltaiche in perovskite)» per aprire l’esempio a cui si fa riferimento in questa pagina.

3. Utilizzo dell’ottimizzatore con più parametri3. Utilizzo dell’ottimizzatore con più parametri

Una volta aperta la simulazione, accedere allo strumento di scansione, che si trova nella barra multifunzione «Automazione». Cliccando sull’icona «Scansione parametri» si visualizza una scansione già configurata, denominata «ottimizzatore». Aprendo questa scansione, si apre la finestra mostrata nella figura ??. A prima vista, questa finestra di scansione sembra identica alle finestre di scansione descritte nella sezione precedente. La differenza principale è che il pulsante «Ottimizzatore rapido» è attivo. Quando questa modalità è attiva, i risultati delle singole scansioni non vengono salvati su disco. Invece, le metriche rilevanti della simulazione vengono raccolte internamente e salvate in un’unica tabella alla fine del processo di ottimizzazione.Una volta aperta la simulazione, accedere allo strumento di scansione, che si trova nella barra multifunzione «Automazione». Cliccando sull’icona «Scansione parametri» si visualizza una scansione già configurata, denominata «ottimizzatore». Aprendo questa scansione, si apre la finestra mostrata nella figura ??. A prima vista, questa finestra di scansione sembra identica alle finestre di scansione descritte nella sezione precedente. La differenza principale è che il pulsante «Ottimizzatore rapido» è attivo. Quando questa modalità è attiva, i risultati delle singole scansioni non vengono salvati su disco. Invece, le metriche rilevanti della simulazione vengono raccolte internamente e salvate in un’unica tabella alla fine del processo di ottimizzazione.

In questo esempio, lo spessore (dy) dello strato di perovskite viene variato tra 300 nm e 500 nm, con incrementi di 10 nm, mentre lo spessore (dy) dello strato di TiO2 viene variato da 100 nm a 300 nm, sempre con incrementi di 10 nm. Provate a eseguire la simulazione. Una volta completata, utilizzate il vostro gestore di file per accedere alla directory della simulazione e aprire la cartella denominata «optimize». All’interno di questa cartella troverete un file CSV chiamato «optimizer_output.csv». Aprendo questo file in Excel o LibreOffice, si otterrà una tabella simile a quella mostrata nella Figura ??.In questo esempio, lo spessore (dy) dello strato di perovskite viene variato tra 300 nm e 500 nm, con incrementi di 10 nm, mentre lo spessore (dy) dello strato di TiO2 viene variato da 100 nm a 300 nm, sempre con incrementi di 10 nm. Provate a eseguire la simulazione. Una volta completata, utilizzate il vostro gestore di file per accedere alla directory della simulazione e aprire la cartella denominata «optimize». All’interno di questa cartella troverete un file CSV chiamato «optimizer_output.csv». Aprendo questo file in Excel o LibreOffice, si otterrà una tabella simile a quella mostrata nella Figura ??.

Se si esamina attentamente la figura 17.8, si può notare che le prime due colonne sono etichettate come epitaxy.layer2.dy ed epitaxy.layer1.dy. Queste indicano lo spessore degli strati che abbiamo deciso di modificare nella finestra di scansione. Per ogni strato successivo nel dispositivo, sono presenti due colonne, etichettate come layerX/light_frac_photon_generation e layerX/J. Queste si riferiscono alla frazione di luce assorbita all'interno dello strato e alla corrente massima che questo strato potrebbe generare se tutta la luce assorbita al suo interno fosse convertita in corrente. È chiaro che, se la luce viene assorbita all'interno dello strato attivo, è molto probabile che venga convertita in corrente; tuttavia, se la luce viene assorbita all'interno del contatto metallico posteriore, è molto meno probabile che venga convertita in corrente elettrica. Se si utilizzano gli strumenti di ordinamento inclusi in Excel/LibreOffice, è possibile determinare quali strutture del dispositivo generano la maggiore quantità di corrente.Se si esamina attentamente la figura 17.8, si può notare che le prime due colonne sono etichettate come epitaxy.layer2.dy ed epitaxy.layer1.dy. Queste indicano lo spessore degli strati che abbiamo deciso di modificare nella finestra di scansione. Per ogni strato successivo nel dispositivo, sono presenti due colonne, etichettate come layerX/light_frac_photon_generation e layerX/J. Queste si riferiscono alla frazione di luce assorbita all'interno dello strato e alla corrente massima che questo strato potrebbe generare se tutta la luce assorbita al suo interno fosse convertita in corrente. È chiaro che, se la luce viene assorbita all'interno dello strato attivo, è molto probabile che venga convertita in corrente; tuttavia, se la luce viene assorbita all'interno del contatto metallico posteriore, è molto meno probabile che venga convertita in corrente elettrica. Se si utilizzano gli strumenti di ordinamento inclusi in Excel/LibreOffice, è possibile determinare quali strutture del dispositivo generano la maggiore quantità di corrente.