Simulazione di una cella solare eterogiunzionale AlGaAs/GaAs: struttura del dispositivo, allineamento delle bande, curva corrente-tensione (J–V), efficienza quantica esterna (EQE) e curva della tensione a circuito aperto in funzione dell’irradiazione (Suns–Voc).Simulazione di una cella solare eterogiunzionale AlGaAs/GaAs: struttura del dispositivo, allineamento delle bande, curva corrente-tensione (J–V), efficienza quantica esterna (EQE) e curva della tensione a circuito aperto in funzione dell’irradiazione (Suns–Voc).

1. Introduzione: perché utilizzare un’eterogiunzione AlGaAs/GaAs?1. Introduzione: perché utilizzare un’eterogiunzione AlGaAs/GaAs?

L’arseniuro di gallio (GaAs) è un semiconduttore di tipo III-V con una banda proibita diretta, ampiamente utilizzato in dispositivi fotovoltaici ad alte prestazioni. La sua capacità di assorbire una quantità relativamente elevata di luce a lunghezze d’onda adatte, grazie alla sua elevata efficienza di assorbimento al di sopra del limite della banda proibita, consente di utilizzare uno strato sottile come assorbitore, in grado di catturare una frazione significativa della luce solare incidente. Tuttavia, una giunzione omotipica GaAs convenzionale può essere soggetta a un’assorbimento ottico indesiderato e a una ricombinazione di portatori minoritari in prossimità della superficie illuminata. L’utilizzo di un semiconduttore con una banda proibita più ampia, posizionato sul lato illuminato, può ridurre queste perdite, a condizione che le sue proprietà ottiche ed elettroniche siano scelte in modo appropriato.L’arseniuro di gallio (GaAs) è un semiconduttore di tipo III-V con una banda proibita diretta, ampiamente utilizzato in dispositivi fotovoltaici ad alte prestazioni. La sua capacità di assorbire una quantità relativamente elevata di luce a lunghezze d’onda adatte, grazie alla sua elevata efficienza di assorbimento al di sopra del limite della banda proibita, consente di utilizzare uno strato sottile come assorbitore, in grado di catturare una frazione significativa della luce solare incidente. Tuttavia, una giunzione omotipica GaAs convenzionale può essere soggetta a un’assorbimento ottico indesiderato e a una ricombinazione di portatori minoritari in prossimità della superficie illuminata. L’utilizzo di un semiconduttore con una banda proibita più ampia, posizionato sul lato illuminato, può ridurre queste perdite, a condizione che le sue proprietà ottiche ed elettroniche siano scelte in modo appropriato.

Questo tutorial illustra un modello di eterogiunzione p-Al0,3Ga0,7As / n-GaAs. I due strati superiori di AlGaAs formano una regione p con una banda proibita più ampia, che funge da finestra/emettitore, mentre lo strato inferiore di GaAs di tipo n costituisce la principale regione di assorbimento ottico. La differenza nella banda proibita e nell’affinità elettronica all’interfaccia tra i due strati introduce discontinuità nelle bande di conduzione e di valenza, oltre alla curvatura elettrostatica prodotta dagli atomi droganti ionizzati. L’eterogiunzione risultante deve quindi essere analizzata tenendo conto sia degli offset di banda dei materiali sia dei livelli quasi-Fermi dei portatori; trattarla come una semplice giunzione PN in GaAs significherebbe trascurare aspetti fisici importanti.Questo tutorial illustra un modello di eterogiunzione p-Al0,3Ga0,7As / n-GaAs. I due strati superiori di AlGaAs formano una regione p con una banda proibita più ampia, che funge da finestra/emettitore, mentre lo strato inferiore di GaAs di tipo n costituisce la principale regione di assorbimento ottico. La differenza nella banda proibita e nell’affinità elettronica all’interfaccia tra i due strati introduce discontinuità nelle bande di conduzione e di valenza, oltre alla curvatura elettrostatica prodotta dagli atomi droganti ionizzati. L’eterogiunzione risultante deve quindi essere analizzata tenendo conto sia degli offset di banda dei materiali sia dei livelli quasi-Fermi dei portatori; trattarla come una semplice giunzione PN in GaAs significherebbe trascurare aspetti fisici importanti.

Utilizzeremo il risolutore monodimensionale per la diffusione e la deriva di OghmaNano, abbinato a un calcolo della generazione ottica. Il modello fornito include una curva caratteristica corrente-tensione (J–V) ottenuta con illuminazione, opzioni per calcoli che tengono conto dell’efficienza quantica esterna (EQE) e dell’intensità, e profili interni salvati. Il flusso di lavoro è volutamente basato su un esempio già configurato, quindi l’obiettivo è comprendere, eseguire e analizzare il dispositivo, piuttosto che reinserire tutti i parametri da zero.Utilizzeremo il risolutore monodimensionale per la diffusione e la deriva di OghmaNano, abbinato a un calcolo della generazione ottica. Il modello fornito include una curva caratteristica corrente-tensione (J–V) ottenuta con illuminazione, opzioni per calcoli che tengono conto dell’efficienza quantica esterna (EQE) e dell’intensità, e profili interni salvati. Il flusso di lavoro è volutamente basato su un esempio già configurato, quindi l’obiettivo è comprendere, eseguire e analizzare il dispositivo, piuttosto che reinserire tutti i parametri da zero.

In un dispositivo fotovoltaico, i fotoni assorbiti generano coppie elettrone-lacuna; i contatti selettivi estraggono le cariche e la conseguente separazione interna dei livelli quasi-Fermi produce una tensione a circuito aperto. Un modello utile deve collegare l’assorbimento ottico e la generazione di carica all’elettrostatica della giunzione, all’estrazione delle cariche e alla ricombinazione. Le sezioni seguenti esaminano direttamente ciascuna di queste correlazioni.In un dispositivo fotovoltaico, i fotoni assorbiti generano coppie elettrone-lacuna; i contatti selettivi estraggono le cariche e la conseguente separazione interna dei livelli quasi-Fermi produce una tensione a circuito aperto. Un modello utile deve collegare l’assorbimento ottico e la generazione di carica all’elettrostatica della giunzione, all’estrazione delle cariche e alla ricombinazione. Le sezioni seguenti esaminano direttamente ciascuna di queste correlazioni.

2. Creazione della simulazione a partire dai modelli di esempio basati su GaAs.2. Creazione della simulazione a partire dai modelli di esempio basati su GaAs.

Aprire OghmaNano e selezionare «Nuova simulazione». Nel browser delle simulazioni, aprire le demo di GaAs, quindi selezionare la cella solare eterogiunzionale AlGaAs/GaAs. La finestra di dialogo di selezione e la categoria delle demo sono visualizzate in ?? e ??. L’esempio si apre nella finestra principale della struttura del dispositivo (??).Aprire OghmaNano e selezionare «Nuova simulazione». Nel browser delle simulazioni, aprire le demo di GaAs, quindi selezionare la cella solare eterogiunzionale AlGaAs/GaAs. La finestra di dialogo di selezione e la categoria delle demo sono visualizzate in ?? e ??. L’esempio si apre nella finestra principale della struttura del dispositivo (??).

La finestra principale contiene una rappresentazione grafica tridimensionale del dispositivo. La simulazione fisica descritta utilizza una variazione spaziale lungo l’asse y, perpendicolare agli strati. La struttura visualizzata rappresenta quindi un modo per osservare la pila e i contatti, piuttosto che una simulazione completa tridimensionale delle caratteristiche elettriche. Selezionate la scheda «Struttura del dispositivo» per esaminare o modificare gli strati; le schede «Output» e «Terminali» saranno utilizzate dopo l’esecuzione della simulazione.La finestra principale contiene una rappresentazione grafica tridimensionale del dispositivo. La simulazione fisica descritta utilizza una variazione spaziale lungo l’asse y, perpendicolare agli strati. La struttura visualizzata rappresenta quindi un modo per osservare la pila e i contatti, piuttosto che una simulazione completa tridimensionale delle caratteristiche elettriche. Selezionate la scheda «Struttura del dispositivo» per esaminare o modificare gli strati; le schede «Output» e «Terminali» saranno utilizzate dopo l’esecuzione della simulazione.

È utile salvare una copia separata dell’esempio prima di effettuare delle prove. Mantenere intatta la versione di riferimento in modo da poter confrontare le modifiche apportate alla composizione, alla frazione di lega o ai parametri dell’interfaccia con un modello di riferimento funzionante.È utile salvare una copia separata dell’esempio prima di effettuare delle prove. Mantenere intatta la versione di riferimento in modo da poter confrontare le modifiche apportate alla composizione, alla frazione di lega o ai parametri dell’interfaccia con un modello di riferimento funzionante.

3. Ispezione dello strato epitassiale, del drogaggio e della composizione della lega.3. Ispezione dello strato epitassiale, del drogaggio e della composizione della lega.

Aprire l’editor dei livelli per esaminare le quattro regioni epitassiali (??). Di seguito sono riassunte la geometria iniziale e il tipo di drogaggio utilizzati in questo esempio. Tutte le concentrazioni sono espresse in termini di densità volumetrica in m−3, come memorizzato in OghmaNano; per convertirle in cm−3, è sufficiente dividerle per 106.Aprire l’editor dei livelli per esaminare le quattro regioni epitassiali (??). Di seguito sono riassunte la geometria iniziale e il tipo di drogaggio utilizzati in questo esempio. Tutte le concentrazioni sono espresse in termini di densità volumetrica in m−3, come memorizzato in OghmaNano; per convertirle in cm−3, è sufficiente dividerle per 106.

L’eterogiunzione si trova a y = 0,40 µm, nel punto in cui l’emettitore di tipo p in AlGaAs incontra l’assorbitore di tipo n in GaAs. Questo rappresenta contemporaneamente una variazione nella polarità del drogaggio prevalente e una variazione nella composizione del semiconduttore. Al contrario, l’interfaccia a 0,10 µm all’interno dell’AlGaAs e l’interfaccia a 3,20 µm all’interno del GaAs comportano principalmente una variazione nella concentrazione del drogaggio; tali interfacce non introducono un nuovo sistema di materiali.L’eterogiunzione si trova a y = 0,40 µm, nel punto in cui l’emettitore di tipo p in AlGaAs incontra l’assorbitore di tipo n in GaAs. Questo rappresenta contemporaneamente una variazione nella polarità del drogaggio prevalente e una variazione nella composizione del semiconduttore. Al contrario, l’interfaccia a 0,10 µm all’interno dell’AlGaAs e l’interfaccia a 3,20 µm all’interno del GaAs comportano principalmente una variazione nella concentrazione del drogaggio; tali interfacce non introducono un nuovo sistema di materiali.

Doping aperto / Ioni provenienti dai controlli elettrici (??). Il grafico dovrebbe mostrare l’elevata densità di accettori vicino al contatto illuminato, la minore densità di accettori nel resto dell’emettitore in AlGaAs, l’assorbitore in GaAs drogato con donatori e il contatto posteriore in GaAs con una maggiore concentrazione di droganti. Il cambiamento di segno nel doping netto indica la giunzione PN. Il doping in sé non è un parametro di assorbimento ottico, ma entra nell’equazione di Poisson attraverso la carica spaziale ionizzata e influisce sulla conducibilità, sulla ricombinazione e sulla raccolta dei portatori di carica.Doping aperto / Ioni provenienti dai controlli elettrici (??). Il grafico dovrebbe mostrare l’elevata densità di accettori vicino al contatto illuminato, la minore densità di accettori nel resto dell’emettitore in AlGaAs, l’assorbitore in GaAs drogato con donatori e il contatto posteriore in GaAs con una maggiore concentrazione di droganti. Il cambiamento di segno nel doping netto indica la giunzione PN. Il doping in sé non è un parametro di assorbimento ottico, ma entra nell’equazione di Poisson attraverso la carica spaziale ionizzata e influisce sulla conducibilità, sulla ricombinazione e sulla raccolta dei portatori di carica.

Successivamente, analizzare la composizione della lega (??). Entrambi gli strati di AlGaAs presentano g_x0 = g_x1 = 0.30: una frazione di alluminio costante in tutta la loro estensione. Entrambi gli strati di GaAs presentano g_x0 = g_x1 = 0 in questo specifico esempio. Nella struttura fornita non è presente alcuna variazione graduale della composizione. Una regione di AlGaAs con una variazione lineare richiederebbe punti finali di composizione diversi e un modello di materiale Lua in grado di valutare la composizione locale in ogni punto della griglia.Successivamente, analizzare la composizione della lega (??). Entrambi gli strati di AlGaAs presentano g_x0 = g_x1 = 0.30: una frazione di alluminio costante in tutta la loro estensione. Entrambi gli strati di GaAs presentano g_x0 = g_x1 = 0 in questo specifico esempio. Nella struttura fornita non è presente alcuna variazione graduale della composizione. Una regione di AlGaAs con una variazione lineare richiederebbe punti finali di composizione diversi e un modello di materiale Lua in grado di valutare la composizione locale in ogni punto della griglia.

L’effetto della finestra a banda proibita ampia dipende dalla lunghezza d’onda. I fotoni con energie inferiori alla soglia di assorbimento dell’AlGaAs possono attraversare più facilmente lo strato superiore del semiconduttore, mentre i fotoni con energie superiori a tale soglia possono essere assorbiti anche nell’emettitore. L’entità di questo vantaggio dipende dalle effettive costanti ottiche, dallo spessore degli strati e dalle proprietà di raccolta interne; la sola frazione di Al non determina una riduzione quantitativa delle perdite sulla superficie anteriore.L’effetto della finestra a banda proibita ampia dipende dalla lunghezza d’onda. I fotoni con energie inferiori alla soglia di assorbimento dell’AlGaAs possono attraversare più facilmente lo strato superiore del semiconduttore, mentre i fotoni con energie superiori a tale soglia possono essere assorbiti anche nell’emettitore. L’entità di questo vantaggio dipende dalle effettive costanti ottiche, dallo spessore degli strati e dalle proprietà di raccolta interne; la sola frazione di Al non determina una riduzione quantitativa delle perdite sulla superficie anteriore.

4. Modelli di materiali elettrici e differenze di livello energetico nelle eterogiunzioni4. Modelli di materiali elettrici e differenze di livello energetico nelle eterogiunzioni

Aprire l’editor dei parametri elettrici e controllare gli script Lua relativi ai materiali associati alle regioni (?? e ??). In questo esempio, i parametri del materiale vengono valutati utilizzando gli script registrati, anziché impostare ogni parametro di banda individualmente su un valore fisso.Aprire l’editor dei parametri elettrici e controllare gli script Lua relativi ai materiali associati alle regioni (?? e ??). In questo esempio, i parametri del materiale vengono valutati utilizzando gli script registrati, anziché impostare ogni parametro di banda individualmente su un valore fisso.

I percorsi AlGaAs e GaAs Lua sono distinti: Inorganic/AlGaAs/AlGaAs.lua e Inorganic/GaAs/GaAs.lua. Il valore di composizione dello strato superiore, pari a 0,30, è disponibile per il modello AlGaAs, consentendo di calcolare le grandezze elettriche che dipendono dalla composizione. I set di dati ottici sono configurati separatamente: Inorganic/AlGaAs/Adachi per i due strati AlGaAs e Inorganic/GaAs/Adachi per gli strati GaAs. I parametri delle bande elettriche e i set di dati ottici relativi all’indice di rifrazione e all’assorbimento non devono essere confusi tra loro.I percorsi AlGaAs e GaAs Lua sono distinti: Inorganic/AlGaAs/AlGaAs.lua e Inorganic/GaAs/GaAs.lua. Il valore di composizione dello strato superiore, pari a 0,30, è disponibile per il modello AlGaAs, consentendo di calcolare le grandezze elettriche che dipendono dalla composizione. I set di dati ottici sono configurati separatamente: Inorganic/AlGaAs/Adachi per i due strati AlGaAs e Inorganic/GaAs/Adachi per gli strati GaAs. I parametri delle bande elettriche e i set di dati ottici relativi all’indice di rifrazione e all’assorbimento non devono essere confusi tra loro.

All’eterointerfaccia, il bordo locale della banda di conduzione è correlato all’affinità elettronica tramite una convenzione della forma \(E_C=-\chi-q\phi\), e il bordo della banda di valenza tramite \(E_V=E_C-E_g\), a condizione che venga utilizzata la stessa energia di riferimento su entrambi i lati. Le discontinuità risultanti sono convenzionalmente indicate con \(\Delta E_C\) e \(\Delta E_V\). Esse dipendono sia dal divario di banda, che varia in base alla composizione, sia dal modello di affinità elettronica. Il divario di banda maggiore dell’AlGaAs, quindi, non determina da solo come viene suddivisa la discontinuità totale tra la banda di conduzione e quella di valenza.All’eterointerfaccia, il bordo locale della banda di conduzione è correlato all’affinità elettronica tramite una convenzione della forma \(E_C=-\chi-q\phi\), e il bordo della banda di valenza tramite \(E_V=E_C-E_g\), a condizione che venga utilizzata la stessa energia di riferimento su entrambi i lati. Le discontinuità risultanti sono convenzionalmente indicate con \(\Delta E_C\) e \(\Delta E_V\). Esse dipendono sia dal divario di banda, che varia in base alla composizione, sia dal modello di affinità elettronica. Il divario di banda maggiore dell’AlGaAs, quindi, non determina da solo come viene suddivisa la discontinuità totale tra la banda di conduzione e quella di valenza.

Dal punto di vista fisico, un picco nella banda di conduzione può ostacolare l’estrazione degli elettroni quando raggiunge dimensioni sufficientemente grandi, mentre una discontinuità appropriata nella banda di valenza può ostacolare il movimento indesiderato delle lacune nella direzione opposta. Questi effetti si contrappongono alla deriva, alla diffusione, al drogaggio, all’attivazione termica e alla ricombinazione. Per questo motivo, la struttura di banda simulata fornisce informazioni più complete rispetto alla semplice indicazione della differenza tra le bande.Dal punto di vista fisico, un picco nella banda di conduzione può ostacolare l’estrazione degli elettroni quando raggiunge dimensioni sufficientemente grandi, mentre una discontinuità appropriata nella banda di valenza può ostacolare il movimento indesiderato delle lacune nella direzione opposta. Questi effetti si contrappongono alla deriva, alla diffusione, al drogaggio, all’attivazione termica e alla ricombinazione. Per questo motivo, la struttura di banda simulata fornisce informazioni più complete rispetto alla semplice indicazione della differenza tra le bande.

4.1. Parametri relativi al trasporto e alla ricombinazione4.1. Parametri relativi al trasporto e alla ricombinazione

OghmaNano risolve le equazioni di Poisson e di continuità per gli elettroni e le lacune, considerate come un sistema accoppiato. Nell’approssimazione di deriva-diffusione, le densità di corrente degli elettroni e delle lacune dipendono dalla mobilità dei portatori di carica, dai gradienti di densità dei portatori e dal campo elettrostatico. Utilizzando la convenzione dei segni standard, queste possono essere espresse come segue:OghmaNano risolve le equazioni di Poisson e di continuità per gli elettroni e le lacune, considerate come un sistema accoppiato. Nell’approssimazione di deriva-diffusione, le densità di corrente degli elettroni e delle lacune dipendono dalla mobilità dei portatori di carica, dai gradienti di densità dei portatori e dal campo elettrostatico. Utilizzando la convenzione dei segni standard, queste possono essere espresse come segue:

Il campo elettrico e la concentrazione dei portatori di carica vengono calcolati in modo autoconsistente. In presenza di illuminazione, le equazioni di continuità devono tenere conto anche della fotogenerazione \(G\) e della ricombinazione \(R\). Ad esempio, utilizzando la convenzione unidimensionale standard per la corrente, si ottengono \(dJ_n/dy=q(R-G)\) e \(dJ_p/dy=q(G-R)\) in condizioni di stato stazionario. La loro somma dovrebbe quindi rimanere costante nello spazio in una soluzione ideale di stato stazionario, senza la necessità di un termine aggiuntivo per l’accumulo distribuito di carica.Il campo elettrico e la concentrazione dei portatori di carica vengono calcolati in modo autoconsistente. In presenza di illuminazione, le equazioni di continuità devono tenere conto anche della fotogenerazione \(G\) e della ricombinazione \(R\). Ad esempio, utilizzando la convenzione unidimensionale standard per la corrente, si ottengono \(dJ_n/dy=q(R-G)\) e \(dJ_p/dy=q(G-R)\) in condizioni di stato stazionario. La loro somma dovrebbe quindi rimanere costante nello spazio in una soluzione ideale di stato stazionario, senza la necessità di un termine aggiuntivo per l’accumulo distribuito di carica.

Il formato JSON consente di definire il processo di ricombinazione SRH allo stato stazionario (ss_srh_enabled = "True") e fornisce un valore nominale per l’energia dei livelli intermedi, la densità dei livelli \(N_t=5\times10^{19}\,\mathrm{m}^{-3}\) e le sezioni d’urto di cattura \(\sigma_n=\sigma_p=10^{-22}\,\mathrm{m}^2\) in ciascun strato. Questi campi descrivono il modello di difetti configurato; è necessario verificare se un determinato campo viene preso direttamente dal file JSON o ricalcolato tramite lo script del materiale scelto, confrontandolo con i valori effettivi forniti da OghmaNano. La velocità di un processo SRH standard a un solo livello è:Il formato JSON consente di definire il processo di ricombinazione SRH allo stato stazionario (ss_srh_enabled = "True") e fornisce un valore nominale per l’energia dei livelli intermedi, la densità dei livelli \(N_t=5\times10^{19}\,\mathrm{m}^{-3}\) e le sezioni d’urto di cattura \(\sigma_n=\sigma_p=10^{-22}\,\mathrm{m}^2\) in ciascun strato. Questi campi descrivono il modello di difetti configurato; è necessario verificare se un determinato campo viene preso direttamente dal file JSON o ricalcolato tramite lo script del materiale scelto, confrontandolo con i valori effettivi forniti da OghmaNano. La velocità di un processo SRH standard a un solo livello è:

In un semiconduttore a banda proibita diretta, anche la ricombinazione radiativa di elettroni liberi e lacune libere può essere significativa, e viene convenzionalmente rappresentata con \(R_{\mathrm{rad}}=B(np-n_i^2)\). Il programma può anche fornire i coefficienti di Auger e altri parametri attraverso i modelli dei materiali. Non dedurre quale meccanismo prevale semplicemente dalla presenza delle relative impostazioni: utilizza i file di ricombinazione generati, le opzioni effettivamente attivate e i valori del modello dei materiali nell’esempio in esecuzione. Per questo dispositivo, l’interpretazione corretta si ottiene confrontando i valori nello stesso punto di tensione e utilizzando scale verticali coerenti.In un semiconduttore a banda proibita diretta, anche la ricombinazione radiativa di elettroni liberi e lacune libere può essere significativa, e viene convenzionalmente rappresentata con \(R_{\mathrm{rad}}=B(np-n_i^2)\). Il programma può anche fornire i coefficienti di Auger e altri parametri attraverso i modelli dei materiali. Non dedurre quale meccanismo prevale semplicemente dalla presenza delle relative impostazioni: utilizza i file di ricombinazione generati, le opzioni effettivamente attivate e i valori del modello dei materiali nell’esempio in esecuzione. Per questo dispositivo, l’interpretazione corretta si ottiene confrontando i valori nello stesso punto di tensione e utilizzando scale verticali coerenti.

La visualizzazione dell’editor elettrico può essere utilizzata per analizzare la mobilità e altre proprietà locali (??). Durante la sperimentazione con diverse composizioni, è consigliabile disattivare le opzioni per sovrascrivere i valori del database relativi al bandgap e all’affinità elettronica, a meno che non vi sia una ragione specifica per farlo: valori fissati manualmente \(E_g\) o \(\chi\) potrebbero inavvertitamente eliminare la dipendenza dalla composizione desiderata.La visualizzazione dell’editor elettrico può essere utilizzata per analizzare la mobilità e altre proprietà locali (??). Durante la sperimentazione con diverse composizioni, è consigliabile disattivare le opzioni per sovrascrivere i valori del database relativi al bandgap e all’affinità elettronica, a meno che non vi sia una ragione specifica per farlo: valori fissati manualmente \(E_g\) o \(\chi\) potrebbero inavvertitamente eliminare la dipendenza dalla composizione desiderata.

5. Contatti elettrici e la griglia di simulazione5. Contatti elettrici e la griglia di simulazione

Il modello presenta due terminali elettrici esterni. L’anodo superiore di tipo p, situato in y0, è il contatto attivo; il catodo inferiore di tipo n, situato in y1, è il terminale di massa. Entrambi utilizzano una barriera di conduzione per i portatori di carica maggioritari e una barriera di blocco per i portatori di carica minoritari. Questa è una scelta importante nella modellazione: la struttura non è rappresentata da contatti simmetrici generici che estraggono elettroni e lacune in modo indiscriminato. Aprire l’editor dei contatti per visualizzare le righe dei contatti (??).Il modello presenta due terminali elettrici esterni. L’anodo superiore di tipo p, situato in y0, è il contatto attivo; il catodo inferiore di tipo n, situato in y1, è il terminale di massa. Entrambi utilizzano una barriera di conduzione per i portatori di carica maggioritari e una barriera di blocco per i portatori di carica minoritari. Questa è una scelta importante nella modellazione: la struttura non è rappresentata da contatti simmetrici generici che estraggono elettroni e lacune in modo indiscriminato. Aprire l’editor dei contatti per visualizzare le righe dei contatti (??).

All’anodo, la maggior parte delle cariche è costituita da lacune, mentre la minor parte è costituita da elettroni. Al catodo, i ruoli si invertono. Pertanto, l’applicazione di una tensione variabile modifica il potenziale al terminale p rispetto al terminale n, che è collegato a terra. Il modello di contatto è diverso dagli strati di contatto epitassiali altamente drogati, che fanno parte della geometria del semiconduttore. Le condizioni specifiche dei terminali determinano il modo in cui le cariche lasciano il dominio di calcolo.All’anodo, la maggior parte delle cariche è costituita da lacune, mentre la minor parte è costituita da elettroni. Al catodo, i ruoli si invertono. Pertanto, l’applicazione di una tensione variabile modifica il potenziale al terminale p rispetto al terminale n, che è collegato a terra. Il modello di contatto è diverso dagli strati di contatto epitassiali altamente drogati, che fanno parte della geometria del semiconduttore. Le condizioni specifiche dei terminali determinano il modo in cui le cariche lasciano il dominio di calcolo.

Il risolutore elettrico è configurato per una griglia monodimensionale lungo l’asse y. I suoi quattro segmenti di griglia tracciano i quattro spessori epitassiali, con un numero nominale di punti pari rispettivamente a 10, 17, 156 e 11. In totale, si tratta di circa 194 punti specificati, anche se il numero effettivo di nodi distinti utilizzati può variare a seconda della gestione dei confini condivisi da parte del risolutore. Entrambe le direzioni della griglia elettrica laterale sono disattivate. Le impostazioni della griglia sono visualizzabili in ??.Il risolutore elettrico è configurato per una griglia monodimensionale lungo l’asse y. I suoi quattro segmenti di griglia tracciano i quattro spessori epitassiali, con un numero nominale di punti pari rispettivamente a 10, 17, 156 e 11. In totale, si tratta di circa 194 punti specificati, anche se il numero effettivo di nodi distinti utilizzati può variare a seconda della gestione dei confini condivisi da parte del risolutore. Entrambe le direzioni della griglia elettrica laterale sono disattivate. Le impostazioni della griglia sono visualizzabili in ??.

La risoluzione della griglia è particolarmente importante nelle vicinanze dell’eterointerfaccia, a 0,40 µm, dove la curvatura elettrostatica e le differenze di banda possono variare su una distanza limitata. Se la discontinuità di banda o la densità di portatori calcolate presentano un picco stretto, una verifica della convergenza della griglia è più convincente rispetto alla semplice accettazione dei parametri predefiniti. Ripetere il calcolo utilizzando una griglia più fine per l’emettitore/giunzione e confrontare i risultati J–V, nonché i relativi profili spaziali. Se questi cambiano in modo significativo, la griglia di riferimento non era ancora sufficientemente risolta.La risoluzione della griglia è particolarmente importante nelle vicinanze dell’eterointerfaccia, a 0,40 µm, dove la curvatura elettrostatica e le differenze di banda possono variare su una distanza limitata. Se la discontinuità di banda o la densità di portatori calcolate presentano un picco stretto, una verifica della convergenza della griglia è più convincente rispetto alla semplice accettazione dei parametri predefiniti. Ripetere il calcolo utilizzando una griglia più fine per l’emettitore/giunzione e confrontare i risultati J–V, nonché i relativi profili spaziali. Se questi cambiano in modo significativo, la griglia di riferimento non era ancora sufficientemente risolta.

6. Esecuzione della simulazione J–V con visualizzazione grafica.6. Esecuzione della simulazione J–V con visualizzazione grafica.

Nella configurazione predefinita fornita, la modalità selezionata è J–V. L’intervallo di variazione della tensione è impostato da -0,10 V a +1,00 V, con incrementi di 0,02 V. L’illuminazione utilizza lo spettro AM1.5G e la scala di intensità della sorgente luminosa di riferimento è pari a un’unità solare (Psun = 1). La generazione ottica è collegata alla simulazione elettrica tramite il modello di generazione della matrice di trasferimento configurato. La temperatura di riferimento è impostata a 300 K.Nella configurazione predefinita fornita, la modalità selezionata è J–V. L’intervallo di variazione della tensione è impostato da -0,10 V a +1,00 V, con incrementi di 0,02 V. L’illuminazione utilizza lo spettro AM1.5G e la scala di intensità della sorgente luminosa di riferimento è pari a un’unità solare (Psun = 1). La generazione ottica è collegata alla simulazione elettrica tramite il modello di generazione della matrice di trasferimento configurato. La temperatura di riferimento è impostata a 300 K.

Prima di avviare la simulazione, esaminare la scheda «Output» (??). Fare clic su «Esegui simulazione». Nella scheda «Terminale» vengono visualizzati l’avanzamento e i risultati del risolutore; le schermate del terminale abbinate (?? e ??) mostrano uno stato iniziale e uno stato successivo del calcolo. Un terminale che mostra informazioni in continuo aggiornamento è una prova del fatto che il risolutore è in funzione, ma di per sé non dimostra che tutti i punti hanno raggiunto la convergenza. Verificare il completamento, la presenza di errori e i file di output risultanti.Prima di avviare la simulazione, esaminare la scheda «Output» (??). Fare clic su «Esegui simulazione». Nella scheda «Terminale» vengono visualizzati l’avanzamento e i risultati del risolutore; le schermate del terminale abbinate (?? e ??) mostrano uno stato iniziale e uno stato successivo del calcolo. Un terminale che mostra informazioni in continuo aggiornamento è una prova del fatto che il risolutore è in funzione, ma di per sé non dimostra che tutti i punti hanno raggiunto la convergenza. Verificare il completamento, la presenza di errori e i file di output risultanti.

Dopo l’esecuzione, tornare alla sezione «Output» e aprire jv.csv (??). La curva J–V visualizzata differisce concettualmente dalla curva della giunzione a diodo in polarizzazione diretta. Un’espressione semplice di primo ordine è \(J(V)=J_{\mathrm{dark}}(V)-J_{\mathrm{ph}}(V)\), basata su una convenzione di segno in cui la fotocorrente estratta è negativa. Il segno indicato nel grafico del simulatore segue la convenzione di contatto configurata, pertanto le quantità fisicamente significative devono essere individuate in base alle intersezioni di tensione e corrente, anziché presupporre che ogni grafico fotovoltaico sia realizzato con gli stessi segni.Dopo l’esecuzione, tornare alla sezione «Output» e aprire jv.csv (??). La curva J–V visualizzata differisce concettualmente dalla curva della giunzione a diodo in polarizzazione diretta. Un’espressione semplice di primo ordine è \(J(V)=J_{\mathrm{dark}}(V)-J_{\mathrm{ph}}(V)\), basata su una convenzione di segno in cui la fotocorrente estratta è negativa. Il segno indicato nel grafico del simulatore segue la convenzione di contatto configurata, pertanto le quantità fisicamente significative devono essere individuate in base alle intersezioni di tensione e corrente, anziché presupporre che ogni grafico fotovoltaico sia realizzato con gli stessi segni.

La densità di corrente di cortocircuito, \(J_{SC}\), è la densità di corrente nel punto \(V=0\), mentre la tensione a circuito aperto, \(V_{OC}\), è la tensione alla quale la densità di corrente ai terminali è nulla. Il punto di massima potenza si verifica alla tensione di polarizzazione applicata che massimizza l’intensità della potenza erogata a un carico esterno, e il fattore di riempimento è definito da:La densità di corrente di cortocircuito, \(J_{SC}\), è la densità di corrente nel punto \(V=0\), mentre la tensione a circuito aperto, \(V_{OC}\), è la tensione alla quale la densità di corrente ai terminali è nulla. Il punto di massima potenza si verifica alla tensione di polarizzazione applicata che massimizza l’intensità della potenza erogata a un carico esterno, e il fattore di riempimento è definito da:

Utilizzando una densità di potenza ottica incidente \(P_{\mathrm{in}}\) costantemente definita, l’efficienza di conversione si calcola come indicato in \(\eta=|J_{\mathrm{mpp}}V_{\mathrm{mpp}}|/P_{\mathrm{in}}\). Non è sufficiente indicare l’efficienza basandosi semplicemente sulla forma della curva: è necessario specificare anche la modalità di misurazione della potenza di illuminazione e identificare in modo affidabile il punto di funzionamento a massima potenza.Utilizzando una densità di potenza ottica incidente \(P_{\mathrm{in}}\) costantemente definita, l’efficienza di conversione si calcola come indicato in \(\eta=|J_{\mathrm{mpp}}V_{\mathrm{mpp}}|/P_{\mathrm{in}}\). Non è sufficiente indicare l’efficienza basandosi semplicemente sulla forma della curva: è necessario specificare anche la modalità di misurazione della potenza di illuminazione e identificare in modo affidabile il punto di funzionamento a massima potenza.

La curva J–V rappresenta la sintesi più semplice delle prestazioni, ma non spiega perché si verifica una perdita di corrente. Una diminuzione della fotocorrente può essere dovuta a un’assorbimento insufficiente, a una scarsa raccolta delle cariche o a un aumento della ricombinazione; una minore tensione a circuito aperto può essere causata da una maggiore ricombinazione o da una diversa elettrostatica della giunzione. Per questo motivo, nelle sezioni successive si utilizzano dati analizzati in funzione della posizione come elemento diagnostico, anziché basarsi esclusivamente sul grafico J–V.La curva J–V rappresenta la sintesi più semplice delle prestazioni, ma non spiega perché si verifica una perdita di corrente. Una diminuzione della fotocorrente può essere dovuta a un’assorbimento insufficiente, a una scarsa raccolta delle cariche o a un aumento della ricombinazione; una minore tensione a circuito aperto può essere causata da una maggiore ricombinazione o da una diversa elettrostatica della giunzione. Per questo motivo, nelle sezioni successive si utilizzano dati analizzati in funzione della posizione come elemento diagnostico, anziché basarsi esclusivamente sul grafico J–V.

La visualizzazione device.csv (??) offre un utile strumento di verifica indipendente per controllare che le regioni fisiche simulate e i relativi confini corrispondano alla geometria prevista. Il pannello delle informazioni sulla simulazione (??) è utile per confrontare le diverse esecuzioni e verificare le impostazioni associate a un determinato risultato.La visualizzazione device.csv (??) offre un utile strumento di verifica indipendente per controllare che le regioni fisiche simulate e i relativi confini corrispondano alla geometria prevista. Il pannello delle informazioni sulla simulazione (??) è utile per confrontare le diverse esecuzioni e verificare le impostazioni associate a un determinato risultato.

7. Diagrammi a bande, densità di portatori e trasporto attraverso l’eterogiunzione.7. Diagrammi a bande, densità di portatori e trasporto attraverso l’eterogiunzione.

Aprire le immagini salvate dalla finestra di visualizzazione dei risultati e spostare il cursore dell’immagine attraverso i punti di riferimento. Le quattro schermate di ciascuna grandezza mostrate di seguito rappresentano diversi stati salvati ottenuti dalla stessa simulazione; le relative scale numeriche e le etichette dei punti di riferimento devono essere lette direttamente dalla finestra di visualizzazione corrispondente. Quando si confrontano due stati, verificare innanzitutto se condividono gli stessi limiti degli assi e quale grandezza rappresentata graficamente viene confrontata.Aprire le immagini salvate dalla finestra di visualizzazione dei risultati e spostare il cursore dell’immagine attraverso i punti di riferimento. Le quattro schermate di ciascuna grandezza mostrate di seguito rappresentano diversi stati salvati ottenuti dalla stessa simulazione; le relative scale numeriche e le etichette dei punti di riferimento devono essere lette direttamente dalla finestra di visualizzazione corrispondente. Quando si confrontano due stati, verificare innanzitutto se condividono gli stessi limiti degli assi e quale grandezza rappresentata graficamente viene confrontata.

7.1. Bande di conduzione e di valenza, livelli di Fermi7.1. Bande di conduzione e di valenza, livelli di Fermi

Il diagramma a bande è il modo più chiaro per identificare l’eterogiunzione AlGaAs/GaAs (??–??). L’interfaccia tra i materiali si trova a 0,40 µm. Un cambiamento brusco nei bordi di banda locali in quel punto riflette la differenza di energia tra i materiali, mentre la curvatura che varia gradualmente in altre zone riflette le proprietà elettrostatiche. Questa distinzione è fondamentale: un’eterogiunzione non può essere interpretata esclusivamente in termini di una banda proibita di GaAs che si piega in modo continuo.Il diagramma a bande è il modo più chiaro per identificare l’eterogiunzione AlGaAs/GaAs (??–??). L’interfaccia tra i materiali si trova a 0,40 µm. Un cambiamento brusco nei bordi di banda locali in quel punto riflette la differenza di energia tra i materiali, mentre la curvatura che varia gradualmente in altre zone riflette le proprietà elettrostatiche. Questa distinzione è fondamentale: un’eterogiunzione non può essere interpretata esclusivamente in termini di una banda proibita di GaAs che si piega in modo continuo.

All’equilibrio termico, i potenziali elettrochimici degli elettroni e delle lacune coincidono, dando origine a un livello di Fermi comune. In condizioni di disequilibrio, i livelli quasi-Fermi degli elettroni e delle lacune possono divergere. La loro differenza è una misura del disequilibrio locale dei portatori di carica ed è correlata al prodotto locale delle concentrazioni di elettroni e lacune. In condizioni di circuito aperto, la tensione ai terminali riflette la differenza tra i potenziali elettrochimici stabiliti sui contatti selettivi; non si dovrebbe confondere una singola divergenza locale dei livelli quasi-Fermi a una profondità arbitraria con la tensione di circuito aperto misurata.All’equilibrio termico, i potenziali elettrochimici degli elettroni e delle lacune coincidono, dando origine a un livello di Fermi comune. In condizioni di disequilibrio, i livelli quasi-Fermi degli elettroni e delle lacune possono divergere. La loro differenza è una misura del disequilibrio locale dei portatori di carica ed è correlata al prodotto locale delle concentrazioni di elettroni e lacune. In condizioni di circuito aperto, la tensione ai terminali riflette la differenza tra i potenziali elettrochimici stabiliti sui contatti selettivi; non si dovrebbe confondere una singola divergenza locale dei livelli quasi-Fermi a una profondità arbitraria con la tensione di circuito aperto misurata.

Quando la polarizzazione applicata varia, il potenziale elettrostatico e la distribuzione dei portatori di carica cambiano di conseguenza. In condizioni di polarizzazione diretta, la barriera di giunzione diminuisce rispetto alla condizione di equilibrio; durante il funzionamento fotovoltaico, i fotoportatori creano popolazioni non in equilibrio e generano una fototensione. Qualsiasi brusco cambiamento osservato nel grafico del livello quasi-Fermi deve essere analizzato insieme al flusso di corrente e alla risoluzione della griglia prima di essere interpretato come un potenziale elettrochimico che cambia in modo repentino.Quando la polarizzazione applicata varia, il potenziale elettrostatico e la distribuzione dei portatori di carica cambiano di conseguenza. In condizioni di polarizzazione diretta, la barriera di giunzione diminuisce rispetto alla condizione di equilibrio; durante il funzionamento fotovoltaico, i fotoportatori creano popolazioni non in equilibrio e generano una fototensione. Qualsiasi brusco cambiamento osservato nel grafico del livello quasi-Fermi deve essere analizzato insieme al flusso di corrente e alla risoluzione della griglia prima di essere interpretato come un potenziale elettrochimico che cambia in modo repentino.

7.2. Concentrazione di elettroni e lacune7.2. Concentrazione di elettroni e lacune

I grafici che mostrano la densità delle cariche (??–??) permettono di distinguere le regioni in cui sono presenti le cariche di maggioranza dalle regioni in cui sono presenti le cariche di minoranza, che vengono iniettate o generate dalla luce. Nell’emettitore di tipo p, la specie di maggioranza all’equilibrio è costituita da lacune; nell’assorbitore di tipo n, è costituita da elettroni. I profili delle cariche di minoranza forniscono informazioni importanti sull’accumulo e la ricombinazione, in particolare sul lato in GaAs della giunzione.I grafici che mostrano la densità delle cariche (??–??) permettono di distinguere le regioni in cui sono presenti le cariche di maggioranza dalle regioni in cui sono presenti le cariche di minoranza, che vengono iniettate o generate dalla luce. Nell’emettitore di tipo p, la specie di maggioranza all’equilibrio è costituita da lacune; nell’assorbitore di tipo n, è costituita da elettroni. I profili delle cariche di minoranza forniscono informazioni importanti sull’accumulo e la ricombinazione, in particolare sul lato in GaAs della giunzione.

Le concentrazioni di elettroni e lacune sono sensibili alla densità effettiva degli stati, agli spostamenti di banda, al potenziale elettrostatico e all’equilibrio tra generazione e ricombinazione. Pertanto, le variazioni di concentrazione non possono essere attribuite esclusivamente al profilo di drogaggio. Una variazione brusca in prossimità dell’eterogiunzione può essere il risultato degli effetti combinati dell’allineamento locale delle bande e del trasporto per deriva e diffusione.Le concentrazioni di elettroni e lacune sono sensibili alla densità effettiva degli stati, agli spostamenti di banda, al potenziale elettrostatico e all’equilibrio tra generazione e ricombinazione. Pertanto, le variazioni di concentrazione non possono essere attribuite esclusivamente al profilo di drogaggio. Una variazione brusca in prossimità dell’eterogiunzione può essere il risultato degli effetti combinati dell’allineamento locale delle bande e del trasporto per deriva e diffusione.

7.3. Densità di corrente degli elettroni e delle lacune.7.3. Densità di corrente degli elettroni e delle lacune.

I grafici relativi alla corrente degli elettroni e delle lacune (??–??) mostrano come la corrente totale ai terminali si distribuisca tra i due tipi di portatori di carica in funzione della profondità. La fotogenerazione crea sia elettroni che lacune, ma il modo in cui ciascuna specie contribuisce alla corrente varia all’interno del dispositivo in base alla sua generazione, ricombinazione, mobilità e campo elettrico locali.I grafici relativi alla corrente degli elettroni e delle lacune (??–??) mostrano come la corrente totale ai terminali si distribuisca tra i due tipi di portatori di carica in funzione della profondità. La fotogenerazione crea sia elettroni che lacune, ma il modo in cui ciascuna specie contribuisce alla corrente varia all’interno del dispositivo in base alla sua generazione, ricombinazione, mobilità e campo elettrico locali.

In un calcolo unidimensionale a regime stazionario, la somma delle correnti di elettroni e lacune, considerate con il loro segno, dovrebbe essere costante in ogni punto, escludendo le aree in cui sono presenti sorgenti di corrente distribuite o perdite esplicitamente modellate. Tuttavia, ogni singolo componente non deve necessariamente essere costante: man mano che gli elettroni e le lacune vengono generati e si ricombinano, i rispettivi contributi alle correnti si scambiano, mantenendo costante la corrente totale. Questo rappresenta un valido strumento di verifica della coerenza della soluzione ottenuta.In un calcolo unidimensionale a regime stazionario, la somma delle correnti di elettroni e lacune, considerate con il loro segno, dovrebbe essere costante in ogni punto, escludendo le aree in cui sono presenti sorgenti di corrente distribuite o perdite esplicitamente modellate. Tuttavia, ogni singolo componente non deve necessariamente essere costante: man mano che gli elettroni e le lacune vengono generati e si ricombinano, i rispettivi contributi alle correnti si scambiano, mantenendo costante la corrente totale. Questo rappresenta un valido strumento di verifica della coerenza della soluzione ottenuta.

In determinate condizioni di bassa corrente, alcune curve possono presentare picchi particolarmente accentuati. Evitate di dedurre la presenza di una barriera fisica al trasporto analizzando una singola curva rumorosa: esaminate insieme i bordi della banda, le densità di portatori e le componenti della corrente, e verificate se la caratteristica cambia quando la griglia viene raffinata. La curva separata che mostra la mobilità (??) fornisce un modo pratico per visualizzare i coefficienti di trasporto locali modellati e per verificare se variano in base al materiale o alla composizione.In determinate condizioni di bassa corrente, alcune curve possono presentare picchi particolarmente accentuati. Evitate di dedurre la presenza di una barriera fisica al trasporto analizzando una singola curva rumorosa: esaminate insieme i bordi della banda, le densità di portatori e le componenti della corrente, e verificate se la caratteristica cambia quando la griglia viene raffinata. La curva separata che mostra la mobilità (??) fornisce un modo pratico per visualizzare i coefficienti di trasporto locali modellati e per verificare se variano in base al materiale o alla composizione.

8. Ricombinazione, tassi di portanza e fotogenerazione8. Ricombinazione, tassi di portanza e fotogenerazione

La corrente generata da una cella solare è il risultato di una competizione tra la produzione e la perdita di carica. I fotoni assorbiti nel dispositivo creano portatori di carica, ma solo una frazione di questi raggiunge i contatti selettivi. Le equazioni locali di continuità degli elettroni e delle lacune descrivono questo equilibrio. OghmaNano presenta una serie di valori di corrente in uscita, che possono essere confrontati spazialmente anziché solo attraverso la misurazione della corrente generata dal dispositivo.La corrente generata da una cella solare è il risultato di una competizione tra la produzione e la perdita di carica. I fotoni assorbiti nel dispositivo creano portatori di carica, ma solo una frazione di questi raggiunge i contatti selettivi. Le equazioni locali di continuità degli elettroni e delle lacune descrivono questo equilibrio. OghmaNano presenta una serie di valori di corrente in uscita, che possono essere confrontati spazialmente anziché solo attraverso la misurazione della corrente generata dal dispositivo.

8.1. Ricombinazione rispetto alla polarizzazione applicata8.1. Ricombinazione rispetto alla polarizzazione applicata

Aprire i profili di ricombinazione (??–??). Il tasso di ricombinazione è un tasso volumetrico, solitamente espresso in numero di portatori per metro cubo al secondo; non deve essere confrontato numericamente con una densità di corrente senza integrare su una distanza e moltiplicare per la carica elementare. Per un dispositivo unidimensionale, un esempio di densità di corrente di ricombinazione è \(J_{\mathrm{rec}}=q\int R(y)\,dy\), soggetta alla definizione scelta del tasso netto e dei limiti.Aprire i profili di ricombinazione (??–??). Il tasso di ricombinazione è un tasso volumetrico, solitamente espresso in numero di portatori per metro cubo al secondo; non deve essere confrontato numericamente con una densità di corrente senza integrare su una distanza e moltiplicare per la carica elementare. Per un dispositivo unidimensionale, un esempio di densità di corrente di ricombinazione è \(J_{\mathrm{rec}}=q\int R(y)\,dy\), soggetta alla definizione scelta del tasso netto e dei limiti.

Non confrontare solo le altezze massime, ma anche l’ampiezza e la posizione dei picchi. Un picco elevato e localizzato può contribuire meno alla perdita complessiva rispetto a un picco più moderato che si estende su tutto l’assorbitore. Quando si confrontano i meccanismi, utilizzare la stessa tensione e la stessa regione. In una giunzione eterostrutturale, l’accumulo di portatori di carica in prossimità di una discontinuità di banda può aumentare localmente la ricombinazione, ma l’elemento diagnostico rilevante è stabilire se tale accumulo è effettivamente visibile nei grafici di densità e di banda.Non confrontare solo le altezze massime, ma anche l’ampiezza e la posizione dei picchi. Un picco elevato e localizzato può contribuire meno alla perdita complessiva rispetto a un picco più moderato che si estende su tutto l’assorbitore. Quando si confrontano i meccanismi, utilizzare la stessa tensione e la stessa regione. In una giunzione eterostrutturale, l’accumulo di portatori di carica in prossimità di una discontinuità di banda può aumentare localmente la ricombinazione, ma l’elemento diagnostico rilevante è stabilire se tale accumulo è effettivamente visibile nei grafici di densità e di banda.

8.2. Frequenza di ricombinazione elettrone-lacuna8.2. Frequenza di ricombinazione elettrone-lacuna

I valori relativi alle velocità di ricombinazione elettrone-lacuna (??–??) consentono di confrontare i termini di velocità visualizzati nell’anteprima. È importante distinguere la ricombinazione netta da qualsiasi processo di cattura, emissione, generazione o transizione dei portatori liberi. Non tutte le velocità rappresentate graficamente corrispondono necessariamente a un meccanismo di perdita indipendente; sommare le curve visualizzate senza verificarne le definizioni può portare a una doppia contabilizzazione dei percorsi di trasferimento.I valori relativi alle velocità di ricombinazione elettrone-lacuna (??–??) consentono di confrontare i termini di velocità visualizzati nell’anteprima. È importante distinguere la ricombinazione netta da qualsiasi processo di cattura, emissione, generazione o transizione dei portatori liberi. Non tutte le velocità rappresentate graficamente corrispondono necessariamente a un meccanismo di perdita indipendente; sommare le curve visualizzate senza verificarne le definizioni può portare a una doppia contabilizzazione dei percorsi di trasferimento.

Nel caso di un canale di ricombinazione radiativa netta, la nota legge \(R_{\mathrm{rad}}=B(np-n_i^2)\) illustra come la ricombinazione aumenti con l’aumentare della concentrazione di portatori di carica. La ricombinazione SRH, invece, dipende dall’occupazione delle trappole e dalla loro cinetica di cattura. L’importanza relativa di questi processi dipende dai parametri effettivi del materiale utilizzati nella simulazione. Questo tutorial non presuppone che la ricombinazione radiativa sia il processo dominante in tutti gli strati o per tutte le condizioni di polarizzazione, solo perché il GaAs è un semiconduttore a banda proibita diretta.Nel caso di un canale di ricombinazione radiativa netta, la nota legge \(R_{\mathrm{rad}}=B(np-n_i^2)\) illustra come la ricombinazione aumenti con l’aumentare della concentrazione di portatori di carica. La ricombinazione SRH, invece, dipende dall’occupazione delle trappole e dalla loro cinetica di cattura. L’importanza relativa di questi processi dipende dai parametri effettivi del materiale utilizzati nella simulazione. Questo tutorial non presuppone che la ricombinazione radiativa sia il processo dominante in tutti gli strati o per tutte le condizioni di polarizzazione, solo perché il GaAs è un semiconduttore a banda proibita diretta.

8.3. Profilo della generazione8.3. Profilo della generazione

La velocità di generazione delle onde portanti ottiche è fondamentalmente diversa dalla velocità di ricombinazione: si tratta di una fonte, non di una perdita. Per il flusso di fotoni dipendente dalla lunghezza d’onda \(\Phi(\lambda,y)\) e il coefficiente di assorbimento \(\alpha(\lambda,y)\), esiste una semplice relazione locale \(G(y)=\int \alpha(\lambda,y)\Phi(\lambda,y)\,d\lambda\), la cui precisa determinazione dipende dall’interferenza, dalla riflessione e dalle definizioni del campo del modello ottico scelto.La velocità di generazione delle onde portanti ottiche è fondamentalmente diversa dalla velocità di ricombinazione: si tratta di una fonte, non di una perdita. Per il flusso di fotoni dipendente dalla lunghezza d’onda \(\Phi(\lambda,y)\) e il coefficiente di assorbimento \(\alpha(\lambda,y)\), esiste una semplice relazione locale \(G(y)=\int \alpha(\lambda,y)\Phi(\lambda,y)\,d\lambda\), la cui precisa determinazione dipende dall’interferenza, dalla riflessione e dalle definizioni del campo del modello ottico scelto.

I profili di generazione salvati (?? e ??) consentono di visualizzare le aree in cui vengono prodotti i fotoportatori. Una maggiore generazione nella zona illuminata può derivare da un assorbimento esponenziale; l’interferenza e l’assorbimento dipendente dalla lunghezza d’onda possono produrre una dipendenza dalla profondità più complessa. Un portatore generato otticamente non è automaticamente un portatore raccolto, motivo per cui la generazione deve essere analizzata insieme ai grafici della corrente e della ricombinazione.I profili di generazione salvati (?? e ??) consentono di visualizzare le aree in cui vengono prodotti i fotoportatori. Una maggiore generazione nella zona illuminata può derivare da un assorbimento esponenziale; l’interferenza e l’assorbimento dipendente dalla lunghezza d’onda possono produrre una dipendenza dalla profondità più complessa. Un portatore generato otticamente non è automaticamente un portatore raccolto, motivo per cui la generazione deve essere analizzata insieme ai grafici della corrente e della ricombinazione.

9. Efficienza quantica esterna: raccolta delle cariche in funzione della lunghezza d’onda.9. Efficienza quantica esterna: raccolta delle cariche in funzione della lunghezza d’onda.

L’efficienza quantica esterna (EQE) misura il numero di elettroni raccolti attraverso il circuito esterno per ogni fotone incidente sul dispositivo a una determinata lunghezza d’onda, tenendo conto del segno e della normalizzazione utilizzati per l’uscita. In uno scenario ideale in cui viene raccolto un elettrone per ogni fotone, \(EQE(\lambda)=J_{\mathrm{photo}}(\lambda)/(q\Phi_{\mathrm{incident}}(\lambda))\), la corrente spettrale e il flusso di fotoni sono espressi in modo coerente.L’efficienza quantica esterna (EQE) misura il numero di elettroni raccolti attraverso il circuito esterno per ogni fotone incidente sul dispositivo a una determinata lunghezza d’onda, tenendo conto del segno e della normalizzazione utilizzati per l’uscita. In uno scenario ideale in cui viene raccolto un elettrone per ogni fotone, \(EQE(\lambda)=J_{\mathrm{photo}}(\lambda)/(q\Phi_{\mathrm{incident}}(\lambda))\), la corrente spettrale e il flusso di fotoni sono espressi in modo coerente.

Per avviare il calcolo dell’EQE, selezionare l’opzione di simulazione EQE in OghmaNano ed eseguirla, quindi esaminare il risultato salvato nella sezione Output (??). Il file di simulazione fornito contiene anche una lunghezza d’onda configurata di 710 nm per il test EQE; questa impostazione non deve essere confusa con uno spettro EQE a banda larga completo, misurato o calcolato, a meno che non sia stata effettivamente eseguita una scansione delle lunghezze d’onda e l’output contenga tale spettro.Per avviare il calcolo dell’EQE, selezionare l’opzione di simulazione EQE in OghmaNano ed eseguirla, quindi esaminare il risultato salvato nella sezione Output (??). Il file di simulazione fornito contiene anche una lunghezza d’onda configurata di 710 nm per il test EQE; questa impostazione non deve essere confusa con uno spettro EQE a banda larga completo, misurato o calcolato, a meno che non sia stata effettivamente eseguita una scansione delle lunghezze d’onda e l’output contenga tale spettro.

Nel caso dell’arseniuro di gallio (GaAs), le energie dei fotoni prossime e superiori al suo gap di banda corrispondono alla regione del vicino infrarosso/visibile della risposta fotovoltaica. L’emettitore in AlGaAs, con un gap di banda più ampio, può essere più trasparente in una parte dello spettro di assorbimento utile del GaAs, aumentando la frazione di luce disponibile per l’assorbitore. A lunghezze d’onda molto brevi, l’assorbimento nello strato frontale di AlGaAs e la ricombinazione dei portatori generati vicino alla superficie possono ridurre l’efficienza di raccolta. A lunghezze d’onda più lunghe, in prossimità del limite di assorbimento del GaAs, l’assorbimento incompleto in un assorbitore di spessore finito di 2,8 µm può diventare significativo. Le conclusioni quantitative sullo spettro dovrebbero essere tratte dalla curva EQE calcolata e verificate con dati ottici, e non dedotte semplicemente dal valore del gap di banda.Nel caso dell’arseniuro di gallio (GaAs), le energie dei fotoni prossime e superiori al suo gap di banda corrispondono alla regione del vicino infrarosso/visibile della risposta fotovoltaica. L’emettitore in AlGaAs, con un gap di banda più ampio, può essere più trasparente in una parte dello spettro di assorbimento utile del GaAs, aumentando la frazione di luce disponibile per l’assorbitore. A lunghezze d’onda molto brevi, l’assorbimento nello strato frontale di AlGaAs e la ricombinazione dei portatori generati vicino alla superficie possono ridurre l’efficienza di raccolta. A lunghezze d’onda più lunghe, in prossimità del limite di assorbimento del GaAs, l’assorbimento incompleto in un assorbitore di spessore finito di 2,8 µm può diventare significativo. Le conclusioni quantitative sullo spettro dovrebbero essere tratte dalla curva EQE calcolata e verificate con dati ottici, e non dedotte semplicemente dal valore del gap di banda.

L’efficienza quantica esterna (EQE) non è equivalente all’assorbanza ottica: l’assorbanza misura il numero di fotoni assorbiti, mentre l’EQE misura il numero di portatori raccolti. Confrontando i due valori, si può individuare la perdita di corrente dovuta alla raccolta. Se l’assorbanza è elevata, ma l’EQE è bassa a una determinata lunghezza d’onda, è necessario analizzare il profilo di generazione spaziale e il comportamento di ricombinazione/trasporto dello strato in cui i fotoni vengono assorbiti.L’efficienza quantica esterna (EQE) non è equivalente all’assorbanza ottica: l’assorbanza misura il numero di fotoni assorbiti, mentre l’EQE misura il numero di portatori raccolti. Confrontando i due valori, si può individuare la perdita di corrente dovuta alla raccolta. Se l’assorbanza è elevata, ma l’EQE è bassa a una determinata lunghezza d’onda, è necessario analizzare il profilo di generazione spaziale e il comportamento di ricombinazione/trasporto dello strato in cui i fotoni vengono assorbiti.

10. Calcoli relativi all’intensità dell’illuminazione per i modelli Suns–Voc e Suns–Jsc.10. Calcoli relativi all’intensità dell’illuminazione per i modelli Suns–Voc e Suns–Jsc.

10.1. Suns–Voc10.1. Suns–Voc

Suns–Voc analizza la dipendenza della tensione a circuito aperto dall’intensità della luce. Il circuito aperto è definito dall’assenza di corrente netta ai terminali esterni, pertanto i portatori di carica generati dalla luce accumulano una tensione anziché fornire energia a un carico. L’esempio fornito contiene una configurazione Suns–Voc che copre un intervallo di moltiplicatori di intensità da 0,01 a 1000 unità di luce, con incrementi moltiplicativi di 1,2. Accedere a questa modalità di simulazione e visualizzare le opzioni di output (??) e il grafico (??).Suns–Voc analizza la dipendenza della tensione a circuito aperto dall’intensità della luce. Il circuito aperto è definito dall’assenza di corrente netta ai terminali esterni, pertanto i portatori di carica generati dalla luce accumulano una tensione anziché fornire energia a un carico. L’esempio fornito contiene una configurazione Suns–Voc che copre un intervallo di moltiplicatori di intensità da 0,01 a 1000 unità di luce, con incrementi moltiplicativi di 1,2. Accedere a questa modalità di simulazione e visualizzare le opzioni di output (??) e il grafico (??).

In un modello idealizzato di diodo con una fisica di ricombinazione approssimativamente indipendente dall’illuminazione, la relazione \(V_{OC}\approx(n_{\mathrm{id}}k_BT/q)\ln(J_{\mathrm{ph}}/J_0+1)\) prevede un aumento approssimativamente logaritmico della tensione a circuito aperto in funzione dell’intensità della luce. Qui, \(n_{\mathrm{id}}\) rappresenta un fattore di idealità efficace. In un dispositivo a eterogiunzione, la distribuzione locale delle cariche, gli spostamenti di banda, i canali di ricombinazione e il comportamento in condizioni di elevata iniezione possono tutti variare in funzione dell’intensità, pertanto la pendenza effettiva non deve necessariamente essere costante nell’intero intervallo di misurazione.In un modello idealizzato di diodo con una fisica di ricombinazione approssimativamente indipendente dall’illuminazione, la relazione \(V_{OC}\approx(n_{\mathrm{id}}k_BT/q)\ln(J_{\mathrm{ph}}/J_0+1)\) prevede un aumento approssimativamente logaritmico della tensione a circuito aperto in funzione dell’intensità della luce. Qui, \(n_{\mathrm{id}}\) rappresenta un fattore di idealità efficace. In un dispositivo a eterogiunzione, la distribuzione locale delle cariche, gli spostamenti di banda, i canali di ricombinazione e il comportamento in condizioni di elevata iniezione possono tutti variare in funzione dell’intensità, pertanto la pendenza effettiva non deve necessariamente essere costante nell’intero intervallo di misurazione.

Il metodo Suns–Voc è utile per analizzare la risposta implicita del diodo in condizioni di corrente nulla. Tuttavia, di per sé, non tiene conto di tutte le perdite di tensione causate dal flusso di corrente attraverso un contatto resistivo o uno strato di trasporto in condizioni di generazione di energia. Pertanto, un confronto tra il comportamento di Suns–Voc e la curva J–V ottenuta in condizioni di illuminazione può aiutare a distinguere le limitazioni legate alla ricombinazione dalle perdite di trasporto dipendenti dalla corrente, anche se l’interpretazione di tale differenza richiede la coerenza dell’illuminazione, dei modelli di ricombinazione e delle definizioni di tensione.Il metodo Suns–Voc è utile per analizzare la risposta implicita del diodo in condizioni di corrente nulla. Tuttavia, di per sé, non tiene conto di tutte le perdite di tensione causate dal flusso di corrente attraverso un contatto resistivo o uno strato di trasporto in condizioni di generazione di energia. Pertanto, un confronto tra il comportamento di Suns–Voc e la curva J–V ottenuta in condizioni di illuminazione può aiutare a distinguere le limitazioni legate alla ricombinazione dalle perdite di trasporto dipendenti dalla corrente, anche se l’interpretazione di tale differenza richiede la coerenza dell’illuminazione, dei modelli di ricombinazione e delle definizioni di tensione.

10.2. Suns–JSC10.2. Suns–JSC

Suns–Jsc analizza la corrente di cortocircuito in relazione all’intensità dell’irradiazione. L’esempio è configurato per una sequenza che parte da 0,01 unità di irradiazione solare e termina a 10 unità, con un fattore di intensità moltiplicativo di 1,05 e un incremento iniziale memorizzato sundp = 0.01. Utilizzare il selettore della simulazione Suns–Jsc e visualizzare il risultato in ?? e ??.Suns–Jsc analizza la corrente di cortocircuito in relazione all’intensità dell’irradiazione. L’esempio è configurato per una sequenza che parte da 0,01 unità di irradiazione solare e termina a 10 unità, con un fattore di intensità moltiplicativo di 1,05 e un incremento iniziale memorizzato sundp = 0.01. Utilizzare il selettore della simulazione Suns–Jsc e visualizzare il risultato in ?? e ??.

Nel regime più semplice di efficienza costante nella raccolta, la corrente di cortocircuito varia approssimativamente in modo lineare con il flusso di fotoni incidente, quindi \(|J_{SC}|\propto P_{\mathrm{sun}}\). Una deviazione sistematica dalla linearità può indicare una raccolta, una ricombinazione o un trasporto dei portatori di carica dipendenti dall’intensità. Tuttavia, l’interpretazione dovrebbe tenere conto anche del modo in cui il codice modifica la scala dell’illuminazione ottica e della convergenza numerica di ciascun punto.Nel regime più semplice di efficienza costante nella raccolta, la corrente di cortocircuito varia approssimativamente in modo lineare con il flusso di fotoni incidente, quindi \(|J_{SC}|\propto P_{\mathrm{sun}}\). Una deviazione sistematica dalla linearità può indicare una raccolta, una ricombinazione o un trasporto dei portatori di carica dipendenti dall’intensità. Tuttavia, l’interpretazione dovrebbe tenere conto anche del modo in cui il codice modifica la scala dell’illuminazione ottica e della convergenza numerica di ciascun punto.

Le due misurazioni effettuate variando l’intensità luminosa forniscono risposte complementari: la curva Suns–Voc analizza la tensione generata in assenza di corrente esterna, mentre la curva Suns–Jsc analizza la corrente raccolta a una tensione applicata prossima allo zero. Entrambe devono essere interpretate insieme alla curva J–V standard, ottenuta con un’unica fonte di luce, e non considerate come alternative a quest’ultima.Le due misurazioni effettuate variando l’intensità luminosa forniscono risposte complementari: la curva Suns–Voc analizza la tensione generata in assenza di corrente esterna, mentre la curva Suns–Jsc analizza la corrente raccolta a una tensione applicata prossima allo zero. Entrambe devono essere interpretate insieme alla curva J–V standard, ottenuta con un’unica fonte di luce, e non considerate come alternative a quest’ultima.

11. Modellazione ottica e distribuzione spaziale della fotogenerazione11. Modellazione ottica e distribuzione spaziale della fotogenerazione

Il risolutore elettrico richiede una velocità di fotogenerazione spaziale, ma tale velocità è fornita dal calcolo ottico. Nell’esempio attuale, la sorgente luminosa è configurata per lo spettro solare AM1.5G, con l’irraggiamento proveniente dalla parte superiore (y0), e il modello di generazione è una matrice di trasferimento. La griglia spettrale copre l’intervallo da 320 a 1100 nm, con 201 punti di lunghezza d’onda configurati; una griglia spaziale ottica separata copre l’intero dispositivo di 3,4 µm, con 200 punti configurati. Si tratta di discretizzazioni ottiche, distinte dalla griglia elettrica descritta in precedenza.Il risolutore elettrico richiede una velocità di fotogenerazione spaziale, ma tale velocità è fornita dal calcolo ottico. Nell’esempio attuale, la sorgente luminosa è configurata per lo spettro solare AM1.5G, con l’irraggiamento proveniente dalla parte superiore (y0), e il modello di generazione è una matrice di trasferimento. La griglia spettrale copre l’intervallo da 320 a 1100 nm, con 201 punti di lunghezza d’onda configurati; una griglia spaziale ottica separata copre l’intero dispositivo di 3,4 µm, con 200 punti configurati. Si tratta di discretizzazioni ottiche, distinte dalla griglia elettrica descritta in precedenza.

Aprire l’interfaccia ottica e selezionare le schede di output disponibili (??–??). Le schermate mostrano le diverse visualizzazioni grafiche ottiche, comprese quelle che potrebbero apparire con pochi dati o vuote per determinate quantità selezionate. Un pannello vuoto non deve essere interpretato automaticamente come assenza di assorbimento ottico: prima verificare che il calcolo ottico pertinente sia stato eseguito, che esista un set di dati di output appropriato e che i suoi intervalli di lunghezza d’onda o spaziali siano coperti dagli assi selezionati.Aprire l’interfaccia ottica e selezionare le schede di output disponibili (??–??). Le schermate mostrano le diverse visualizzazioni grafiche ottiche, comprese quelle che potrebbero apparire con pochi dati o vuote per determinate quantità selezionate. Un pannello vuoto non deve essere interpretato automaticamente come assenza di assorbimento ottico: prima verificare che il calcolo ottico pertinente sia stato eseguito, che esista un set di dati di output appropriato e che i suoi intervalli di lunghezza d’onda o spaziali siano coperti dagli assi selezionati.

Il metodo della matrice di trasferimento valuta come le onde ottiche che si propagano in avanti e all’indietro interagiscono con una pila di strati caratterizzati da indici di rifrazione complessi \(\tilde n(\lambda)=n(\lambda)+ik(\lambda)\). La soluzione del campo può tenere conto della riflessione e dell’interferenza; l’assorbimento locale viene quindi convertito in una velocità di generazione utilizzando l’energia dei fotoni. Per l’assorbitore in GaAs, il coefficiente di assorbimento dipendente dalla lunghezza d’onda è un parametro essenziale, poiché determina dove i fotoni con diverse energie vengono assorbiti all’interno dello strato di 2,8 µm.Il metodo della matrice di trasferimento valuta come le onde ottiche che si propagano in avanti e all’indietro interagiscono con una pila di strati caratterizzati da indici di rifrazione complessi \(\tilde n(\lambda)=n(\lambda)+ik(\lambda)\). La soluzione del campo può tenere conto della riflessione e dell’interferenza; l’assorbimento locale viene quindi convertito in una velocità di generazione utilizzando l’energia dei fotoni. Per l’assorbitore in GaAs, il coefficiente di assorbimento dipendente dalla lunghezza d’onda è un parametro essenziale, poiché determina dove i fotoni con diverse energie vengono assorbiti all’interno dello strato di 2,8 µm.

Prestate particolare attenzione quando interpretate i dati ottici relativi all’AlGaAs. Il modello dei materiali elettrici utilizza una frazione di lega specificata esplicitamente, mentre il database dei materiali ottici selezionato viene utilizzato in modo indipendente. Prima di utilizzare il calcolo per la progettazione quantitativa dello spettro, verificate che il set di dati Inorganic/AlGaAs/Adachi fornisca effettivamente la corretta dipendenza dalla composizione alle lunghezze d’onda rilevanti. Una frazione di lega elettrica pari a 0,30 non dimostra che tutte le costanti ottiche varino correttamente in funzione della composizione.Prestate particolare attenzione quando interpretate i dati ottici relativi all’AlGaAs. Il modello dei materiali elettrici utilizza una frazione di lega specificata esplicitamente, mentre il database dei materiali ottici selezionato viene utilizzato in modo indipendente. Prima di utilizzare il calcolo per la progettazione quantitativa dello spettro, verificate che il set di dati Inorganic/AlGaAs/Adachi fornisca effettivamente la corretta dipendenza dalla composizione alle lunghezze d’onda rilevanti. Una frazione di lega elettrica pari a 0,30 non dimostra che tutte le costanti ottiche varino correttamente in funzione della composizione.

Analogamente, la struttura monodimensionale simulata idealizza la geometria ottica. Non modella in modo indipendente una griglia metallica frontale fabbricata, la diffusione laterale della corrente, la rugosità della superficie, i rivestimenti antiriflesso dettagliati o i difetti introdotti da un processo epitassiale reale, a meno che queste caratteristiche non siano specificamente incluse nei modelli ottici ed elettrici. L’analisi ottica è quindi particolarmente utile per comprendere le tendenze e identificare le possibili perdite spettrali, mentre il confronto con le celle misurate richiede una struttura accuratamente corrispondente e dati sui materiali calibrati.Analogamente, la struttura monodimensionale simulata idealizza la geometria ottica. Non modella in modo indipendente una griglia metallica frontale fabbricata, la diffusione laterale della corrente, la rugosità della superficie, i rivestimenti antiriflesso dettagliati o i difetti introdotti da un processo epitassiale reale, a meno che queste caratteristiche non siano specificamente incluse nei modelli ottici ed elettrici. L’analisi ottica è quindi particolarmente utile per comprendere le tendenze e identificare le possibili perdite spettrali, mentre il confronto con le celle misurate richiede una struttura accuratamente corrispondente e dati sui materiali calibrati.

12. Presupposti, verifiche e limitazioni12. Presupposti, verifiche e limitazioni

Questo esempio deve essere considerato come una dimostrazione numerica pratica di un’eterogiunzione AlGaAs/GaAs, e non come una previsione convalidata dell’efficienza certificata di una specifica cella solare prodotta. La struttura a quattro strati, i contatti e la griglia provengono dalla configurazione di simulazione fornita e gli screenshot mostrano che sono state preparate diverse simulazioni e visualizzazioni dei risultati. Per ottenere una previsione quantitativa affidabile, è inoltre necessario disporre di materiali, ottiche, coefficienti di ricombinazione, qualità dei contatti e convergenza numerica verificati in modo indipendente.Questo esempio deve essere considerato come una dimostrazione numerica pratica di un’eterogiunzione AlGaAs/GaAs, e non come una previsione convalidata dell’efficienza certificata di una specifica cella solare prodotta. La struttura a quattro strati, i contatti e la griglia provengono dalla configurazione di simulazione fornita e gli screenshot mostrano che sono state preparate diverse simulazioni e visualizzazioni dei risultati. Per ottenere una previsione quantitativa affidabile, è inoltre necessario disporre di materiali, ottiche, coefficienti di ricombinazione, qualità dei contatti e convergenza numerica verificati in modo indipendente.

Geometria e dimensionalità. Il visualizzatore 3D fornisce una rappresentazione visiva; in questo tutorial, la dipendenza elettrica e ottica dalla profondità è unidimensionale. Effetti quali l’ombreggiatura della griglia frontale, le perdite ai bordi, la caduta laterale della tensione e i contatti non uniformi esulano dalla presente descrizione di base, che è unidimensionale.Geometria e dimensionalità. Il visualizzatore 3D fornisce una rappresentazione visiva; in questo tutorial, la dipendenza elettrica e ottica dalla profondità è unidimensionale. Effetti quali l’ombreggiatura della griglia frontale, le perdite ai bordi, la caduta laterale della tensione e i contatti non uniformi esulano dalla presente descrizione di base, che è unidimensionale.

Coerenza tra il modello dei materiali. Il divario di energia e l’affinità elettronica in una lega la cui composizione varia dovrebbero essere definiti da modelli coerenti. Gli script Lua per le proprietà elettriche e i set di dati ottici \(n,k\) rappresentano input distinti. Qualsiasi modifica applicata solo a uno dei due può inavvertitamente creare discontinuità artificiali, soprattutto all’interfaccia eterostrutturale.Coerenza tra il modello dei materiali. Il divario di energia e l’affinità elettronica in una lega la cui composizione varia dovrebbero essere definiti da modelli coerenti. Gli script Lua per le proprietà elettriche e i set di dati ottici \(n,k\) rappresentano input distinti. Qualsiasi modifica applicata solo a uno dei due può inavvertitamente creare discontinuità artificiali, soprattutto all’interfaccia eterostrutturale.

Ricombinazione e interfacce. Sono presenti le impostazioni di ricombinazione di tipo SRH nel materiale sfuso, ma ciò non dimostra che un’interfaccia AlGaAs/GaAs reale sia stata modellata con una velocità di ricombinazione interfacciale convalidata sperimentalmente. La qualità reale dell’interfaccia può influenzare la tensione misurata e la raccolta di portatori di carica. Le modifiche alle trappole e ai processi radiativi/di Auger devono essere testate una alla volta ed esaminate attraverso i profili di velocità.Ricombinazione e interfacce. Sono presenti le impostazioni di ricombinazione di tipo SRH nel materiale sfuso, ma ciò non dimostra che un’interfaccia AlGaAs/GaAs reale sia stata modellata con una velocità di ricombinazione interfacciale convalidata sperimentalmente. La qualità reale dell’interfaccia può influenzare la tensione misurata e la raccolta di portatori di carica. Le modifiche alle trappole e ai processi radiativi/di Auger devono essere testate una alla volta ed esaminate attraverso i profili di velocità.

Riproducibilità numerica. Verificare la convergenza dei risultati per l’intera curva J–V e per l’intera sequenza di misurazioni dell’intensità, eseguire un affinamento della griglia nelle vicinanze dell’eterogiunzione e verificare se i principali parametri fotovoltaici e i profili interni sono stabili. Il mancato raggiungimento della convergenza in un determinato punto di alta intensità non costituisce una prova di un effetto fisico del dispositivo. Utilizzare una base di riferimento invariata per distinguere le tendenze fisiche dalla sensibilità del risolutore.Riproducibilità numerica. Verificare la convergenza dei risultati per l’intera curva J–V e per l’intera sequenza di misurazioni dell’intensità, eseguire un affinamento della griglia nelle vicinanze dell’eterogiunzione e verificare se i principali parametri fotovoltaici e i profili interni sono stabili. Il mancato raggiungimento della convergenza in un determinato punto di alta intensità non costituisce una prova di un effetto fisico del dispositivo. Utilizzare una base di riferimento invariata per distinguere le tendenze fisiche dalla sensibilità del risolutore.

Analisi delle immagini. Ogni immagine rappresenta uno stato selezionato dai risultati salvati della simulazione; i numeri delle figure in questo tutorial indicano l’indice dell’immagine, e non una tensione applicata garantita. Prima di associare un valore di tensione numerico a un determinato profilo, consultare l’annotazione relativa alla tensione effettiva nel grafico di OghmaNano. Evitare di dedurre un valore numerico per \(V_{OC}\), \(J_{SC}\), il fattore di riempimento o l’efficienza da una piccola anteprima dell’immagine, quando il file dei dati di output fornisce i valori precisi.Analisi delle immagini. Ogni immagine rappresenta uno stato selezionato dai risultati salvati della simulazione; i numeri delle figure in questo tutorial indicano l’indice dell’immagine, e non una tensione applicata garantita. Prima di associare un valore di tensione numerico a un determinato profilo, consultare l’annotazione relativa alla tensione effettiva nel grafico di OghmaNano. Evitare di dedurre un valore numerico per \(V_{OC}\), \(J_{SC}\), il fattore di riempimento o l’efficienza da una piccola anteprima dell’immagine, quando il file dei dati di output fornisce i valori precisi.

13. Esami diagnostici consigliati13. Esami diagnostici consigliati