Mobilny analizator jonów perowskitu

Hybrydowe perowskity są powszechnie znane ze względu na wyraźne ruchy jonów, które zachodzą pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego lub oświetlenia. Ta powolna redystrybucja ruchomych jonów (takich jak jony jodu, bromu lub defekty) prowadzi do histerezy charakterystyki prądowo-napięciowej, degradacji zależnej od przyłożonego napięcia oraz zjawisk przejściowych, których nie można opisać za pomocą modeli opartych wyłącznie na elektronicznym dryfie i dyfuzji. Aby uwzględnić to zachowanie, OghmaNano zawiera dedykowany moduł do symulacji ruchu jonów, zaimplementowany zgodnie z metodologią opracowaną przez Calado i współpracowników.

Równanie opisujące przepływ jonów ma postać równania dyfuzji i dryfu:

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

gdzie:

• \(q\) to elementarny ładunek.
• \(\mu_a\) oznacza ruchliwość jonów w roztworze.
• \(a_f\) to gęstość swobodnych jonów.
• \(E_v\) to potencjał elektrostatyczny, a
• \(D_a\) to współczynnik dyfuzji jonów, powiązany z \(\mu_a\) poprzez równanie Nernsta–Einsteina.

Zmiany w czasie gęstości jonów można obliczyć na podstawie równania ciągłości:

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

Te dwa równania opisują, w jaki sposób jony przemieszczają się pod wpływem lokalnych pól elektrycznych i rozprzestrzeniają się zgodnie z gradientem stężenia, przy jednoczesnym zapewnieniu zachowania liczby cząstek. Warunki brzegowe służą do modelowania blokujących lub wprowadzających kontaktów, w zależności od rozpatrywanego scenariusza fizycznego.

W praktyce, rozwiązywanie tych równań równocześnie z równaniami opisującymi dryf elektronów i dyfuzję pozwala OghmaNano na odtworzenie kluczowych cech eksperymentalnych urządzeń perowskitowych, w tym histerezę w krzywych prądu i napięcia, powolne prądy przejściowe oraz redystrybucję wewnętrznego pola elektrycznego pod wpływem obciążenia. Dzięki temu moduł do rozwiązywania równań jonowych staje się niezbędnym narzędziem do interpretacji zachowania urządzeń perowskitowych, wykraczającym poza statyczny model elektroniczny.