JV 편집기(정상 상태 시뮬레이션 편집기)

1. 입력

시뮬레이션 편집기 리본에서 JV 편집기 아이콘을 클릭하면 (??), JV 편집기 창이 열립니다 (??). JV 편집기는 정상 상태 전류–전압 시뮬레이션을 구성하는 데 사용됩니다. 장치가 태양전지이든, OFET이든, 또는 다른 구조이든 관계없이, 정의된 시작 전압에서 정지 전압까지 전압 램프를 적용합니다.

JV 편집기 아이콘이 강조 표시된 시뮬레이션 편집기 리본. — 시뮬레이션 편집기 리본에서 JV 편집기를 엽니다.

시작 전압, 정지 전압, 그리고 스텝 크기를 설정할 수 있습니다. JV voltage step multiplier는 각 증가 후 스텝 크기를 스케일합니다. 기본값은 1.0(증가 없음)입니다. 이 배율을 1.0보다 약간 크게 설정하면 스텝 수를 줄여 시뮬레이션 속도를 높일 수 있지만, 1.05보다 훨씬 큰 값은 수렴 문제를 일으킬 수 있습니다.

시작/정지 전압, 스텝, 스텝 배율, 외부 전압을 정지 기준으로 사용하는 옵션, 출력 제어 필드가 있는 JV 편집기 창. — 정상 상태 전류–전압 시뮬레이션을 구성하기 위한 JV 편집기 창.

파라미터	설명
`시작 전압`	전압 램프의 시작 바이어스 (V).
`정지 전압`	전압 램프의 최종 바이어스 (V).
`전압 스텝`	연속적인 바이어스 지점 사이의 증가량 (V).
`JV voltage step multiplier`	각 지점 이후의 스텝 크기를 스케일합니다. 값이 > 1이면 스윕이 진행될수록 스텝이 증가합니다(큰 범위에 유용함). 매우 큰 값은 수렴에 영향을 줄 수 있습니다.
`Use external voltage as stop`	정지 기준을 선택합니다. On일 때는 외부 장치 전압(직렬/병렬 저항 이후)을 사용합니다. Off일 때는 내부 다이오드 전압을 사용합니다.
`Maximum current density`	전류 밀도가 이 임계값(A·m⁻²)에 도달하면 스윕을 종료합니다.
`Single point`	전체 JV 스윕 대신 단일 동작점을 계산합니다.
`JV curve photon generation efficiency`	광학 생성률에 적용되는 배율이며, geminate 재결합을 고려할 수 있습니다.
`Charge carrier generation model`	광학 솔버를 선택합니다(예: Transfer Matrix, Ray Tracing).
`Smooth the EQE spectra`	사용 전에 EQE에 평활화를 적용합니다(특정 2D OFET 시뮬레이션에서 사용됨).
`Output verbosity to disk`	스냅샷 쓰기(밴드, 캐리어, 생성률)를 제어합니다. 아무것도 쓰지 않기, 핵심 결과만, 모든 것, 또는 n번째 스텝마다 모든 것을 기록할 수 있습니다.
`Dump trap distribution`	트랩 상태 밀도 프로파일을 디스크에 기록합니다.
`Save parameter sweeps`	요약 지표(평균 재결합, 캐리어 밀도, 트랩된 캐리어)를 `sweep` 디렉터리에 저장합니다.

2. 출력

시뮬레이션 파일

JV 시뮬레이션이 생성하는 파일
파일 이름	설명	비고
`charge.dat`	전압에 대한 전하 밀도
`jv.dat`	전류–전압 곡선
`k.csv`	재결합 상수 k
`sim_info.dat`	시뮬레이션 요약(계산된 \(V_{oc}\), \(J_{sc}\) 등); 다음 참조 §4.1.4

시뮬레이션 디렉터리

JV 시뮬레이션이 기록하는 디렉터리
디렉터리	설명	비고
`snapshots/`	주요 장치 파라미터(예: 전도대, 가전자대, 전위, 캐리어 밀도, 생성 및 재결합률)에 대한 시뮬레이션 스텝별 위치 의존 데이터.
`sweep/`	시뮬레이션 스텝의 함수로서의 공간 적분(장치 평균) 지표(예: 총/평균 재결합률, 평균 캐리어 밀도, 트랩된 캐리어 밀도).

이러한 출력은 시뮬레이션 편집기에서 Output verbosity to disk를 조정하고(집계 지표의 경우 Save parameter sweeps를 활성화하여) 활성화할 수 있습니다.

sim_info.dat

이것은 \(J_{sc}\), \(V_{oc}\)와 같은 모든 주요 시뮬레이션 지표를 포함하는 json 파일이며, 아래에 sim_info.dat 파일의 예가 나와 있습니다:

기호	JSON 토큰	의미	단위
\(FF\)	ff	충전율	au
\(PCE\)	pce	전력 변환 효율	%
\(P_{max}\)	P_max	최대 전력점에서의 전력	W
\(V_{oc}\)	V_oc	개방 회로 전압	V
\(voc_{R}\)	voc_R	\(P_{max}\)에서의 재결합률
\(jv_{voc}\)	jv_voc	\(V_{oc}\)에서의 JV 데이터 포인트
\(jv_{pmax}\)	jv_pmax	\(P_{max}\)에서의 JV 데이터 포인트
\(voc_{nt}\)	voc_nt	\(V_{oc}\)에서의 트랩된 전자 밀도	m\(^{-3}\)
\(voc_{pt}\)	voc_pt	\(V_{oc}\)에서의 트랩된 정공 밀도	m\(^{-3}\)
\(voc_{nf}\)	voc_nf	\(V_{oc}\)에서의 자유 전자 밀도	m\(^{-3}\)
\(voc_{pf}\)	voc_pf	\(V_{oc}\)에서의 자유 정공 밀도	m\(^{-3}\)
\(J_{sc}\)	J_sc	단락 전류 밀도	A m\(^{-2}\)
\(jv_{jsc}\)	jv_jsc	\(J_{sc}\)에서의 평균 전하 밀도	m\(^{-3}\)
\(jv_{vbi}\)	jv_vbi	내장 전압	V
\(jv_{gen}\)	jv_gen	평균 생성률
\(voc_{np}\)	voc_np	\(V_{oc}\)에서의 캐리어 밀도 곱
\(j_{pmax}\)	j_pmax	\(P_{max}\)에서의 전류	A m\(^{-2}\)
\(v_{pmax}\)	v_pmax	\(P_{max}\)에서의 전압	V

기호	JSON 토큰	의미	단위	식
\(\mu_{jsc}\)	mu_jsc	\(J_{sc}\)에서의 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^{geom}_{jsc}\)	mu_geom_jsc	\(J_{sc}\)에서의 기하 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^{geom\_micro}_{jsc}\)	mu_geom_micro_jsc	\(J_{sc}\)에서의 기하 미시 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu_{voc}\)	mu_voc	\(V_{oc}\)에서의 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^{geom}_{voc}\)	mu_geom_voc	\(V_{oc}\)에서의 기하 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)	\(\sqrt{\langle\mu_e\rangle \langle\mu_h\rangle}\)
\(\mu^{geom\_avg}_{voc}\)	mu_geom_micro_voc	\(V_{oc}\)에서의 기하 미시 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)	\(\langle\sqrt{\mu_e \mu_h}\rangle\)
\(\mu^e_{pmax}\)	mu_e_pmax	\(P_{max}\)에서의 평균 전자 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^h_{pmax}\)	mu_h_pmax	\(P_{max}\)에서의 평균 정공 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^{geom}_{pmax}\)	mu_geom_pmax	\(P_{max}\)에서의 기하 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)	\(\sqrt{\langle\mu_e\rangle \langle\mu_h\rangle}\)
\(\mu^{geom\_micro}_{pmax}\)	mu_geom_micro_pmax	\(P_{max}\)에서의 기하 미시 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)	\(\langle\sqrt{\mu_e \mu_h}\rangle\)
\(\mu_{pmax}\)	mu_pmax	\(P_{max}\)에서의 평균 이동도	m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)

기호	JSON 토큰	의미	단위	식	참조
\(\tau_{voc}\)	tau_voc	\(V_{oc}\)에서의 재결합 시간	s	\(R=(n-n_0)/\tau\)
\(\tau_{pmax}\)	tau_pmax	\(P_{max}\)에서의 재결합 시간	s	\(R=(n-n_0)/\tau\)
\(\tau^{all}_{voc}\)	tau_all_voc	\(V_{oc}\)에서의 재결합 시간(모든 캐리어)	s	\(R=n/\tau\)
\(\tau^{all}_{pmax}\)	tau_all_pmax	\(P_{max}\)에서의 재결합 시간(모든 캐리어)	s	\(R=n/\tau\)
\(\theta_{srh}\)	theta_srh	\(P_{max}\)에서의 \(\theta_{SRH}\) 수집 계수	au		p.100 5.2a