1. Dlaczego warto przeprowadzać optymalizację parametrów?

Podczas optymalizacji urządzenia inżynier lub naukowiec często stara się określić optymalną strukturę, a nie tylko badać, jak zmienia się pojedynczy parametr. Na przykład, ogniwo słoneczne wykonane z perowskitu składa się z wielu warstw, z których każda ma określoną grubość, która wpływa na wydajność urządzenia. W związku z tym pojawia się pytanie: jaka jest optymalna grubość każdej warstwy?

Jeśli warstwa perowskitu jest bardzo gruba, duża część padającego światła zostanie pochłonięta. Jednak wadą jest to, że nośniki ładunku muszą przebyć dłuższą drogę, aby opuścić urządzenie, co wydłuża czas ich przebywania w nim, a w konsekwencji zwiększa prawdopodobieństwo rekombinacji. Z drugiej strony, jeśli warstwa jest bardzo cienka, nośniki ładunku mogą być usuwane bardziej efektywnie, ale początkowo pochłanianych jest mniej fotonów.

Sytuację dodatkowo komplikują efekty interferencji optycznej. Światło odbija się wielokrotnie na granicach międzywarstwowych wewnątrz urządzenia, tworząc wzory fal stojących, które w dużym stopniu zależą od grubości poszczególnych warstw. W rezultacie optymalizacja pojedynczej warstwy nie jest zazwyczaj wystarczająca; zamiast tego, należy jednocześnie optymalizować grubość kilku warstw.

Aby rozwiązać tego typu problem optymalizacji wieloparametrowej, OghmaNano oferuje szybki algorytm optymalizacji, który działa w oknie skanowania i efektywnie przeszukuje przestrzeń parametrów, identyfikując optymalne konfiguracje urządzenia.

2. Otwieranie przykładu.

W nowym oknie symulacji, w sekcji poświęconej skryptom i dopasowywaniu, przedstawiono kilka przykładów ilustrujących procesy optymalizacji z wykorzystaniem wielu parametrów:

• Optymalizator warstwy elektrycznej: zmienia grubość dwóch aktywnych warstw w organicznej ogniwie słonecznej i przedstawia graficznie zależność wydajności konwersji energii (PCE), współczynnika wypełnienia (FF) i napięcia w obwodzie otwartym (VOC) od grubości warstwy.
• Optymalizator warstwy optycznej (ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu): zmienia grubość dwóch warstw w ogniwie słonecznym z perowskitu i przedstawia graficznie prąd generowany w każdej z warstw.
• Optymalizator warstwy optycznej (OPV): zmienia grubość dwóch warstw w urządzeniu OPV i przedstawia graficznie prąd generowany w każdej z warstw.

Przykład omówiony na tej stronie można uruchomić, klikając przycisk „Nowa symulacja” w głównym oknie. Otwiera to okno przeglądarki „Nowa symulacja”, jak pokazano na ilustracji ??. Następnie należy dwukrotnie kliknąć opcję „Skrypty i dopasowywanie”, aby wyświetlić listę przykładów automatyzacji (??), a następnie dwukrotnie kliknąć opcję „Optymalizator warstwy optycznej (ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu)”, aby otworzyć przykład, o którym mowa w tym tekście.

3. Korzystanie z wieloparametrowego optymalizatora.

Po otwarciu symulacji należy przejść do narzędzia do skanowania, które można znaleźć na pasku narzędzi „Automatyzacja”. Kliknięcie ikony „Skanowanie parametrów” wyświetla już skonfigurowane skanowanie, oznaczone jako „optymalizator”. Otwarcie tego skanowania powoduje wyświetlenie okna przedstawionego na rysunku ??. Na pierwszy rzut oka okno tego skanowania wygląda identycznie jak okna skanowania opisane w poprzedniej sekcji. Główna różnica polega na tym, że przycisk „Szybki optymalizator” jest aktywny. Gdy ten tryb jest włączony, poszczególne wyniki skanowania nie są zapisywane na dysku. Zamiast tego odpowiednie metryki symulacji są zbierane wewnętrznie i zapisywane w jednej tabeli na końcu procesu optymalizacji.

W tym przykładzie grubość wynosi (umieram) warstwy perowskitu zmienia się w zakresie od 300 nm do 500 nm, przy czym zmiany następują co 10 nm, natomiast grubość (umieram) tlenku tytanu (TiO).₂ grubość warstwy wahała się od 100 nm do 300 nm, przy czym zmiany następowały co 10 nm. Spróbuj uruchomić symulację. Po jej zakończeniu użyj menedżera plików, aby przejść do katalogu symulacji i otworzyć folder o nazwie: optymalizowaćW tym folderze znajdziesz plik CSV o nazwie: plik optimizer_output.csvOtwarcie tego pliku w programie Excel lub LibreOffice powoduje wyświetlenie tabeli o strukturze zbliżonej do tej, którą można zobaczyć na rysunku. ??.

Jeśli dokładnie przeanalizujesz rysunek 17.8, zauważysz, że pierwsze dwie kolumny są oznaczone jako epitaxy.layer2.dy i epitaxy.layer1.dy. Oznaczają one grubość warstw, którą postanowiliśmy zmienić w oknie skanowania. Dla każdej kolejnej warstwy w urządzeniu występują dwie kolumny, oznaczone jako layerX/light_frac_photon_generation i layerX/J. Odnoszą się one do udziału światła pochłoniętego w danej warstwie oraz do maksymalnego prądu, jaki ta warstwa mogłaby wytworzyć, gdyby całe pochłonięte w niej światło zostało przekształcone w prąd. Oczywiście, jeśli światło jest pochłaniane w warstwie aktywniej, istnieje duże prawdopodobieństwo, że zostanie przekształcone w prąd, jednak jeśli światło jest pochłaniane w tylnym metalowym kontakcie, prawdopodobieństwo przekształcenia go w prąd elektryczny jest niewielkie. Jeśli użyjesz narzędzi do sortowania dostępnych w programach Excel/LibreOffice, możesz ustalić, które struktury urządzeń generują największy prąd.