ペロブスカイト移動イオンソルバー

ハイブリッドペロブスカイトは、印加バイアスまたは照射下で顕著な イオン移動 を示すことで よく知られています。この移動イオン（ヨウ化物、臭化物、 または空孔など）の緩やかな再分布は、電流–電圧ヒステリシス、バイアス依存の劣化、および過渡現象を引き起こし、 これらは純粋に電子的な drift–diffusion モデルでは捉えることができません。 この挙動を考慮するために、OghmaNano には専用の 移動イオンソルバー が含まれており、 Calado et al. によって導入された手法に従って実装されています。

イオンフラックスの支配方程式は、drift–diffusion 形式で次のように与えられます：

\[ \boldsymbol{J_a} = q \mu_a a_{f} \nabla E_{v} \;-\; q D_a \nabla a_{f}, \label{eq:pdrive} \]

ここで：

• \(q\) は素電荷、
• \(\mu_a\) は移動イオン種の移動度、
• \(a_f\) は自由イオン密度、
• \(E_v\) は静電ポテンシャル、
• \(D_a\) はイオンの拡散係数であり、Nernst–Einstein 関係によって \(\mu_a\) と関連付けられます。

イオン密度の時間発展は、次の連続の式から得られます：

\[ \nabla \cdot \boldsymbol{J_a} = - q \frac{\partial a}{\partial t}, \label{eq:contp} \]

この 2 つの方程式は、イオンが局所電場に応答してどのようにドリフトし、 濃度勾配に従ってどのように拡散するかを記述すると同時に、 粒子保存も保証します。 境界条件は、調べている物理シナリオに応じて、ブロッキング接点または注入接点を表現するために使用されます。

実際には、これらの方程式を電子 drift–diffusion 方程式と同時に解くことで、 OghmaNano はペロブスカイトデバイスの主要な実験的特徴、すなわち JV 曲線におけるヒステリシス、遅い過渡電流、およびバイアスストレス下での内部 電場の再分布を再現することができます。 これにより、イオンソルバーは、定常状態の電子像を超えた ペロブスカイトデバイス挙動を解釈するための不可欠なツールとなります。