Samouczek dotyczący symulacji dwustronnej ogniwa słonecznego z perowskitu: oświetlenie z dwóch stron i analiza optyczna w programie OghmaNano.

🎯 Cele edukacyjne

Dowiedz się, czym są dwustronne ogniwa słoneczne z perowskitu i dlaczego są ważne.
Skonfiguruj i uruchom symulację ogniwa perowskitowego dwustronnego w programie OghmaNano.
Zinterpretuj krzywą charakterystyki ogniwa słonecznego i wyjaśnij, dlaczego prąd zwarciowy (JSC) mniej więcej się podwaja.
Sprawdź konfigurację podwójnego źródła światła (oświetlenie od góry i od dołu).
Przeprowadź analizę rozkładu fotonów, map absorpcji oraz widm odbicia i przepuszczalności.
Porównaj parametry optyczne sygnału wyjściowego uzyskiwanego przy oświetleniu dwustronnym i jednostronnym.

📦 Wymagania wstępne

OghmaNano został zainstalowany i działa.
Zaleca się ukończenie modułu Perovskite Tutorial Part A.
Podstawowa znajomość zasad działania ogniw słonecznych (JSC, VOC, PCE).

📺 Przykłady z YouTube

Symulacja dwustronnej ogniwa słonecznego z perowskitu | Samouczek dotyczący oświetlenia przedniej i tylnej strony przy użyciu metody macierzy transmisyjnej (TMM).

Conceptual illustration of a bifacial perovskite solar cell showing light entering from both the top and bottom surfaces of the device stack — Dwustronna ogniwo słoneczna wykonana z perowskitu wykorzystuje światło padające na obie powierzchnie urządzenia. Światło słoneczne wpada przez górną, przezroczystą elektrodę, natomiast światło odbite lub rozproszone, pochodzące z podłoża lub tylnej części modułu, wpada przez dolną, przezroczystą elektrodę. W efekcie uzyskuje się wyższy efektywny prąd fotowoltaiczny niż w przypadku konwencjonalnego, jednostronnego rozwiązania.

1. Czym jest dwustronna ogniwo słoneczna wykonana z perowskitu?

Dwustronna ogniwo słoneczne to urządzenie fotowoltaiczne, które ma za zadanie absorbować światło padające jednocześnie na obie jego powierzchnie – przednią i tylną (??). W konwencjonalnym (jednostronnym) ogniwie słonecznym oświetlana jest tylko górna powierzchnia; tylny kontakt jest zazwyczaj nieprzezroczysty, więc wszelkie światło docierające do tylnej części urządzenia jest tracone. W architekturze dwustronnej oba kontakty są wykonane z materiałów przezroczystych lub półprzezroczystych – na przykład z użyciem ITO (tlenku indu i cyny) lub FTO (tlenku cyny domieszkowanego fluorem) – co umożliwia tylnej powierzchni zbieranie odbitego, rozproszonego lub rozproszonego światła z otoczenia.

W przypadku ogniw słonecznych na bazie perowskitów (PSCs) szczególnie korzystne jest zastosowanie dwustronnej konstrukcji, ponieważ:

Warstwa absorbująca na bazie perowskitu (np. MAPbI₃) charakteryzuje się bardzo wysokim współczynnikiem absorpcji, co oznacza, że może efektywnie pochłaniać fotony, nawet jeśli docierają one od dołu.
Obie warstwy transportujące ładunki (TiO₂ jako warstwa transportująca elektrony i Spiro-OMeTAD jako warstwa transportująca dziury) można odpowiednio rozrzedzić i uczynić przezroczystymi, aby nie blokowały znacząco oświetlenia dochodzącego od strony tylnej.
W rzeczywistych warunkach, szczególnie w przypadku instalacji dwustronnych paneli fotowoltaicznych, gdzie powierzchnia odbijająca światło jest biała lub ma wysoką zdolność odbicia, dodatkowe oświetlenie tylnej strony paneli może zwiększyć moc generowaną o 5–30% w porównaniu z działaniem paneli jednostronnych.

Współczynnik dwustronności ηbif definiuje się jako stosunek sprawności tylnej strony do sprawności przedniej strony:

\[ \eta_{\text{bif}} = \frac{\eta_{\text{rear}}}{\eta_{\text{front}}} \]

Idealne urządzenie dwustronne charakteryzowałoby się wartością ηbif = 1, co oznaczałoby, że jego wydajność jest równie wysoka niezależnie od tego, z której strony jest oświetlane. W praktyce, w przypadku ogniw perowskitowych, wartości te mieszczą się zwykle w zakresie od 0,7 do 0,95, w zależności od asymetrii warstw transportujących ładunek i przezroczystości poszczególnych elektrod.

W programie OghmaNano działanie dwustronnych ogniw słonecznych jest modelowane poprzez dodanie dwóch niezależnych obiektów reprezentujących źródła światła – jednego oświetlającego od góry (y0) i drugiego od dołu (y1) – oraz połączenie ich w solverze macierzowym transferu optycznego. Niniejszy przewodnik krok po kroku pokazuje cały proces, począwszy od załadowania szablonu symulacji, aż po analizę uzyskanych pól optycznych i charakterystyk prądowo-napięciowych.

2. Utwórz nową symulację dla dwustronnej ogniwa perowskitowej.

Uruchom program OghmaNano w systemie Windows i wybierz opcję „Nowa symulacja”. Spowoduje to otwarcie biblioteki urządzeń, którą można zobaczyć na ilustracji ??. Kliknij dwukrotnie „Perowskitowe ogniwa”, aby otworzyć folder z przykładami dotyczącymi perowskitów. Następnie wyświetli się lista dostępnych szablonów perowskitowych, którą można zobaczyć na ilustracji ??. Kliknij dwukrotnie „Dwustronne ogniwo słoneczne perowskitowe (MAPI)”, aby załadować przykład dwustronnego ogniwa. Po wyświetleniu odpowiedniego komunikatu wybierz folder docelowy na dysku lokalnym i kliknij „Zapisz”.

💡 Wskazówka: zapisz plik na lokalnym dysku, na przykład C:\. Symulacje przechowywane w folderach sieciowych, na dyskach USB lub w folderach synchronizowanych z chmurą (np. OneDrive, Dropbox) mogą działać wolniej ze względu na częste operacje odczytu i zapisu.

OghmaNano new simulation window showing device type categories including Perovskite cells, OFETs, GaAs demos, FDTD examples, and tandem solar cells — W nowym oknie symulacji wyświetlana jest lista wszystkich dostępnych kategorii urządzeń. Kliknij dwukrotnie kategorię „Perowskitowe ogniwa” (zaznaczoną), aby przejść do folderu zawierającego przykładowe dane dotyczące perowskitów.

OghmaNano perovskite cell template list showing Perovskite Bifacial Solar Cell (MAPI), Perovskite solar cell (MAPI), CELIV example, frozen ions, and tandem Si-perovskite options — W folderze „Perowskity” wybierz opcję „Dwustronna ogniwo słoneczna z perowskitu (MAPI)” i zapisz ją w wybranym przez siebie lokalnym folderze.

OghmaNano main simulation window showing the 3D device structure of a bifacial perovskite solar cell with green arrows indicating light entering from both the top and bottom surfaces. Layer labels show TiO2, MAPI, Spiro, ITO, and Glass. — Główny interfejs OghmaNano przedstawia dwustronną ogniwo słoneczną z perowskitu. Zielone strzałki umieszczone nad i pod urządzeniem wskazują, że oświetlenie jest przykładane jednocześnie od góry (y0) i od dołu (y1). Pełna struktura warstw – powietrze / FTO / TiO₂ / MAPI / Spiro / ITO / szkło / powietrze – jest oznaczona po prawej stronie. Aby sprawdzić lub zmodyfikować poszczególne warstwy, kliknij przycisk „Edytor warstw” na lewym pasku narzędzi.

OghmaNano Layer editor showing the bifacial perovskite stack: air (50 nm), FTO (50 nm), TiO2 (200 nm), MAPI (400 nm), Spiro (200 nm), ITO (100 nm), Glass (200 nm), air (50 nm) with optical material assignments and layer types — Edytor warstw dla dwustronnej ogniwa perowskitowej. Należy zauważyć, że ITO jest używane jako tylny kontakt (zastępując nieprzezroczystą warstwę Au w ogniwie jednostronnym), a pod nim znajduje się szklana podłoże – oba elementy są przezroczyste, co umożliwia oświetlenie tylnej strony ogniwa i dotarcie światła do warstwy absorbującej MAPI.

Po załadowaniu symulacji główne okno OghmaNano wyświetla dwustronny element w panelu wizualizacji 3D, jak pokazano na ??. Zwróć uwagę na zielone strzałki wskazujące światło wpadające do elementu zarówno od góry, jak i od dołu – to charakterystyczna cecha działania dwustronnego. Widoczna w widoku 3D warstwa składa się z: powietrza / FTO / TiO₂ / MAPI / Spiro / ITO / szkła / powietrza, przy czym zarówno warstwa FTO, jak i ITO są przezroczyste, co umożliwia oświetlenie z obu stron.

Można dokładnie sprawdzić strukturę warstw, klikając w lewym panelu narzędzi opcję „Edytor warstw”. W oknie edytora warstw, przedstawionym na ilustracji ??, wyświetlana jest lista wszystkich warstw wraz z informacjami o ich grubości, zastosowanym materiale optycznym, typie warstwy (warstwa kontaktowa, aktywna lub inna) oraz informacją, czy problem optyczny został rozwiązany dla danej warstwy. W strukturze dwustronnej znajduje się warstwa ITO jako tylna, przezroczysta warstwa kontaktowa oraz warstwa szkła pod spodem, które umożliwiają dostęp światła od strony tylnej do absorbentu MAPI.

3. Uruchom symulację i wyświetl krzywą charakterystyki JV.

Kliknij niebieski przycisk. Uruchom symulację. przycisk na pasku narzędzi (lub naciśnij) F9) aby rozpocząć obliczenia dotyczące wartości granicznej dla połączenia. Po zakończeniu symulacji przejdź do Wynik / Dane wyjściowe zakładka. Zakładka wyświetlająca wyniki, widoczna w ??, wyświetla listę wszystkich plików wynikowych zapisanych w katalogu symulacji. Kliknij dwukrotnie. jv.csv aby otworzyć okno wyświetlające wykres charakterystyki prądowo-napięciowej (JV), zgodnie z ilustracją przedstawioną w ??.

OghmaNano Output tab showing simulation result files including jv.csv, charge.csv, optical_output, optical_snapshots, sim_info.dat, and snapshots for the bifacial perovskite solar cell — Na karcie „Wyniki” wyświetlana jest lista wszystkich plików wygenerowanych podczas symulacji. Kliknij dwukrotnie `jv.csv`, aby wyświetlić wykres charakterystyki prądowo-napięciowej.

JV curve of a bifacial perovskite solar cell plotted in OghmaNano. The current density axis shows values approaching -500 A/m² at short circuit, approximately double the value expected for a monofacial device, due to dual-sided illumination. — Wykres charakterystyki prądowo-napięciowej (JV) dla dwustronnego ogniwa perowskitowego. Należy zauważyć, że prąd zwarciowy (JSC) zbliża się do wartości −500 A m⁻², czyli jest mniej więcej dwukrotnie wyższy niż oczekiwana wartość dla jednostronnego ogniwa perowskitowego – co wynika z faktu, że fotony są absorbowane jednocześnie z obu źródeł światła, zarówno z górnej, jak i dolnej strony.

Najbardziej rzucającą się w oczy cechą charakterystyki prądowo-napięciowej ogniwa dwustronnego jest gęstość prądu zwarciowego JSC. W przypadku typowego jednostronnego ogniwa perowskitowego MAPbI₃, oświetlanego światłem o natężeniu 1 Sun, wartość JSC wynosi około 200–250 A m⁻². W tym przypadku, przy zastosowaniu dwóch źródeł światła o natężeniu 1 Sun (po jednym z każdej strony), wartość JSC mniej więcej się podwaja, osiągając wartości zbliżone do 500 A m⁻². Bezpośrednio odzwierciedla to zysk uzyskiwany dzięki dwustronności: obie powierzchnie absorbują fotony i generują nośniki ładunku w warstwie absorbującej MAPI. Napięcie w obwodzie otwartym VOC wykazuje mniej znaczący wzrost, ponieważ VOC zależy logarytmicznie od prądu fotowoltaicznego.

4. Sprawdź konfigurację źródła światła.

Aby zrozumieć, jak skonfigurowane jest podwójne oświetlenie, przejdź do paska narzędzi „Optyka” w górnej części głównego okna (patrz ??) i kliknij „Źródła światła”. Otworzy się edytor źródeł światła, w którym wyświetlana jest lista wszystkich obiektów źródłowych światła powiązanych z aktualną symulacją.

OghmaNano Optical ribbon showing buttons for Light Sources, Lasers, Transfer Matrix, Optical Outcoupling, Ray tracing editor, Optical Detectors, FDTD Simulation, Mode Calculator, Optical thickness, Optical mesh, and Boundary Conditions — Taśma optyczna. Kliknij „Źródła światła” (skrajny lewy róg, ikona latarni morskiej), aby otworzyć edytor źródeł światła i sprawdzić konfigurację podwójnego oświetlenia.

W edytorze źródeł światła w lewym panelu zobaczymy dwie pozycje: „Góra” i „Dół”. Źródła światła to obiekty, tak jak wszystkie inne obiekty w OghmaNano – mają określone współrzędne przestrzenne x, y, z oraz rozmiar, co można zobaczyć w zakładce „Obiekt” (??). W przypadku standardowego oświetlenia powierzchni (góra, dół, lewo, prawo, przód, tył) te właściwości przestrzenne nie mają znaczenia – zakłada się, że światło dociera z zewnątrz okna symulacji. Stają się one istotne dopiero wtedy, gdy umieścimy źródło światła w określonym miejscu wewnątrz urządzenia.

Kliknij zakładkę „Konfiguracja”, aby ustawić kierunek oświetlenia. W tym przykładzie dotyczącym modułu dwustronnego, wartość „Góra” jest ustawiona na „Góra” (y0) (??), a wartość „Dół” jest ustawiona na „Dół” (y1) (??).

OghmaNano light source editor Object tab showing the general object properties of the Top light source, including object type, offset, xyz size, steps, rotate, and colour fields — Zakładka „Obiekt” wyświetla ogólne właściwości wybranego obiektu źródła światła, takie jak jego typ, przesunięcie położenia, rozmiar i kolor wyświetlania. Ikona latarni morskiej identyfikuje go jako źródło światła w modelu urządzenia.

OghmaNano light source editor Configure tab for the Top light source, showing Illuminate from set to Top (y0), with beam shape Square and 10×10 beams — Zakładka „Konfiguracja” dla górnego źródła światła. Pole „Kierunek oświetlenia” jest ustawione na „Góra” (y0), co powoduje skierowanie światła w dół, do wnętrza urządzenia, przez kontakt FTO – symulując bezpośrednie światło słoneczne padające na przednią powierzchnię.

OghmaNano light source editor Configure tab for the Btm (bottom) light source, showing Illuminate from set to Bottom (y1), with beam shape Square and 10×10 beams — Zakładka „Konfiguracja” dla dolnego źródła światła (Btm). Opcja „Kierunek oświetlenia” jest ustawiona na „Dół” (y1), co powoduje skierowanie światła w górę, przez szkło i tylny kontakt ITO – symulując albedo lub odbite promieniowanie docierające do tylnej powierzchni w instalacji dwustronnej.

Dzięki współpracy, te dwa źródła światła symulują rzeczywiste warunki pracy paneli dwustronnych: bezpośrednie promieniowanie słoneczne dociera od góry (y0) przez kontakt FTO, natomiast rozproszone lub odbite promieniowanie dociera od dołu (y1) przez szklaną podłoże i kontakt ITO. Domyślnie oba źródła wykorzystują ten sam spektrum AM1.5G, co odpowiada sytuacji, w której promieniowanie padające na tylną stronę jest równe promieniowaniu padającemu na przednią stronę – jest to użyteczna wartość graniczna do analizy zysków paneli dwustronnych. W praktyce promieniowanie padające na tylną stronę stanowi zazwyczaj 10–30% promieniowania padającego na przednią stronę, a wartość tę można regulować, modyfikując natężenie światła w zakładce „Źródło światła” każdego z źródeł.

5. Analiza optyczna – rozkład fotonów i gęstość pochłoniętych fotonów.

Po uruchomieniu symulacji wróć do sekcji „Optical ribbon” i kliknij „Transfer Matrix”. Otworzy się edytor symulacji optycznej, który zapewnia szczegółowe wizualizacje pola optycznego wewnątrz urządzenia. Na poniższych rysunkach przedstawiono trzy kluczowe wyniki: całkowity rozkład fotonów (??), gęstość pochłoniętych fotonów (??) oraz skumulowany profil szybkości generowania w jednym wymiarze (??).

OghmaNano optical simulation editor Photon distribution tab showing a 2D colour map of photon density as a function of wavelength (300–900 nm) and device y-position (0–1.2 µm). Bright regions are concentrated at the left edge of the device, consistent with illumination entering from the top FTO contact. — Rozkład fotonów: gęstość fotonów (m⁻³) w zależności od długości fali i położenia w strukturze urządzenia. Jasny obszar przy niskiej wartości y (po lewej stronie) odpowiada górnemu źródłu światła, które wnika przez warstwę FTO; uzupełniający rozkład pochodzący od dolnego źródła jest widoczny przy wyższych wartościach y.

OghmaNano optical simulation editor Photon distribution absorbed tab showing a 2D colour map of absorbed photon density as a function of wavelength and y-position. The absorption is strongly concentrated in the MAPI layer (between approximately 0.3 and 0.7 µm) across wavelengths up to 800 nm. — Gęstość pochłoniętych fotonów: gęstość fotonów pochłanianych w jednostce objętości (m⁻³ s⁻¹) w całym urządzeniu. Pochłanianie jest silnie zlokalizowane w warstwie perowskitu MAPI (y ≈ 0,3–0,7 µm), a wkład zarówno górnego, jak i dolnego źródła światła jest widoczny jako wyraźne cechy absorpcji na każdym brzegu absorbentu.

Współczynnik generacji (profil 1D): spektralnie zintegrowany współczynnik generacji przedstawiony w formie wykresu, w którym na osi poziomej znajduje się pozycja w urządzeniu. Widoczne są dwa wyraźne szczyty – jeden w pobliżu interfejsu TiO₂/MAPI (oświetlenie od góry) i jeden w pobliżu interfejsu MAPI/Spiro (oświetlenie od dołu) – co potwierdza, że oba źródła światła przyczyniają się do generacji fotoprądu. Dla uproszczenia, energia pasma przewodnictwa i pasma walencyjnego jest ustawiona na −3,8 eV i −5,4 eV odpowiednio, i jest stała w całym urządzeniu. Należy zauważyć, że poziomy energii przedstawione dla warstw FTO, ITO, szkła i powietrza służą jedynie celom wizualnym – warstwy te nie są uwzględniane w symulacji elektrycznej.

Profil szybkości generowania nośników w ?? wykazuje maksimum na każdym z brzegów absorbora MAPI – jedno na granicy TiO₂/MAPI (y ≈ 0,3 µm), gdzie światło wchodzi od góry, a drugie na granicy MAPI/Spiro (y ≈ 0,7 µm), gdzie światło wchodzi od dołu. W urządzeniu jednostronnym obecne byłoby tylko pierwsze maksimum, a szybkość generowania nośników malełaby wykładniczo w miarę przechodzenia przez absorber, zgodnie z prawem Beer-Lamberta. Dodanie oświetlenia od strony tylnej powoduje powstanie drugiego maksimum i zwiększa całkowitą zintegrowaną szybkość generowania – a tym samym wartość JSC – mniej więcej o czynnik dwa.

6. Widma odbicia i przepuszczalności

Nadal pracując w edytorze symulacji optycznej, kliknij zakładkę „Światło odbite” (??), a następnie zakładkę „Światło przechodzące” (??). Widmo odbicia od górnej (reflect0.csv) i dolnej (reflect1.csv) powierzchni wyraźnie się różni – oscylacyjne prążki interferencyjne cienkiej warstwy są przesunięte w fazie i amplitudzie, ponieważ sekwencja interfejsów, z którą styka się padające światło, jest różna po obu stronach. Jednak widma transmisji są identyczne: pliki transmit0.csv i transmit1.csv dokładnie się pokrywają. Jest to bezpośredni skutek twierdzenia o wzajemności optycznej, które mówi, że transmitancja pasywnej, liniowej warstwy optycznej jest taka sama, niezależnie od kierunku, w którym światło przez nią przechodzi. Odbicie nie podlega takiemu ograniczeniu – zależy ono od konkretnej sekwencji interfejsów, którą obserwujemy z każdej powierzchni – dlatego dwa widma odbicia się różnią, podczas gdy dwa widma transmisji są identyczne.

OghmaNano Reflected light tab showing two reflectance spectra (reflect0.csv in blue and reflect1.csv in red) plotted against wavelength from 300 to 900 nm. Both curves show oscillatory thin-film interference features. The spectra differ in magnitude and phase due to the asymmetric layer stacks seen from each surface. — Widma światła odbitego od górnej powierzchni (plik reflect0.csv, niebieski kolor) i dolnej powierzchni (plik reflect1.csv, czerwony kolor). Oba widma wykazują oscylacyjne prążki interferencyjne cienkich warstw, które powstają w wyniku wielokrotnych odbić na granicach warstw. Widma różnią się kształtem, ponieważ sekwencja warstw, w której odbija się światło, jest inna w zależności od strony.

OghmaNano Transmitted light tab showing two transmittance spectra (transmit0.csv in blue and transmit1.csv in red) plotted against wavelength. The two curves are almost indistinguishable from each other above approximately 550 nm, consistent with the optical reciprocity theorem. — Widma światła przechodzącego przez urządzenie, mierzone od góry (transmit0.csv, niebieska linia) i od dołu (transmit1.csv, czerwona linia). Należy zauważyć, że obie krzywe są zasadniczo identyczne powyżej granicy absorpcji perowskitu (~550 nm), co wynika z twierdzenia o wzajemności optycznej: transmitancja pasywnej, liniowej warstwy optycznej jest taka sama niezależnie od kierunku, w którym światło przez nią przechodzi.

💡 Pokaż odpowiedź

Współczynnik transmisji jest określany przez zasadę wzajemności optycznej: dla dowolnego pasywnego, liniowego układu optycznego (bez wzmocnienia, bez nieliniowych efektów), współczynnik transmisji od wejścia A do wejścia B jest równy współczynnikowi transmisji od wejścia B do wejścia A. W związku z tym, całkowita ilość światła, która przechodzi przez całą warstwę, jest taka sama niezależnie od kierunku oświetlenia. Natomiast współczynnik odbicia zależy od konkretnej sekwencji powierzchni, z którą styka się padające światło – a ta sekwencja jest inna dla górnej i dolnej powierzchni – dlatego pliki reflect0.csv i reflect1.csv mogą się różnić, i zazwyczaj tak jest.

7. Porównanie oświetlenia jednostronnego poprzez wyłączenie dolnego źródła światła.

Aby zobaczyć, jak zmienia się rozkład światła, gdy aktywna jest tylko jedna lampa, wróć do sekcji „Optical ribbon” i kliknij „Light Sources”, aby ponownie otworzyć edytor lamp. W lewym panelu wybierz lampę „Btm”. Na pasku narzędzi u góry edytora przycisk wyświetla obecnie napis „Enabled” (zielona ikona zaznaczenia). Kliknij go, aby wyłączyć dolną lampę. Następnie kliknij „Run optical simulation” w edytorze symulacji optycznej, aby zaktualizować wyniki symulacji, pozostawiając aktywną tylko górną lampę.

Zaktualizowany rozkład fotonów, gęstość pochłoniętych fotonów oraz profil jednowymiarowej szybkości generowania przy oświetleniu jednostronnym (tylko od góry) przedstawiono poniżej na rysunkach ??, ?? i ??.

OghmaNano photon distribution 2D map under monofacial (top-only) illumination. The bright absorption region is now concentrated only at the left side of the device (low y-position), corresponding to light entering through the top FTO contact only. No absorption feature is visible at the right (high y-position) side. — Rozkład fotonów – oświetlenie tylko od góry. Po wyłączeniu dolnego źródła światła, gęstość fotonów koncentruje się w górnej części urządzenia (niskie położenie na osi y). Nie ma wpływu ze strony tylnej powierzchni.

OghmaNano absorbed photon density map under top-only illumination. Absorption is asymmetrically concentrated at the TiO2/MAPI interface (left side), with absorption decaying toward the MAPI/Spiro interface. The pattern is typical of a monofacial perovskite device. — Gęstość pochłoniętych fotonów – oświetlenie tylko od góry. Pochłanianie jest teraz asymetryczne, osiąga maksimum w pobliżu interfejsu TiO₂/MAPI i maleje w miarę przechodzenia przez materiał pochłaniający. Porównaj z przypadkiem dwustronnego oświetlenia, gdzie pochłanianie światła z obu stron tworzy bardziej jednolity profil w całej warstwie MAPI.

Profil szybkości generowania – oświetlenie tylko od góry. Widoczny jest tylko jeden wyraźny szczyt, w pobliżu połączenia TiO₂/MAPI. Drugi szczyt, generowany przez oświetlenie od dołu, zniknął, co potwierdza, że charakterystyczny podwójny szczyt wynikał wyłącznie z zastosowania konfiguracji dwustronnego oświetlenia.

Kontrast między wynikami optycznymi uzyskanymi dla ogniw dwustronnych i jednostronnych wyraźnie ilustruje fizyczne źródło zwiększonej wydajności prądu w ogniwach dwustronnych. Gdy aktywny jest tylko górny moduł oświetleniowy, szybkość generowania prądu osiąga szczyt w pobliżu oświetlonej powierzchni i maleje wykładniczo wewnątrz absorbentu. Gdy aktywne są oba moduły, pojawia się drugi, symetryczny szczyt z tylnej strony, a całkowita zintegrowana szybkość generowania prądu – a tym samym wartość JSC – wzrasta mniej więcej dwukrotnie.

Podsumowanie i wnioski, które wyciągnąłeś.

W tym samouczku zaprezentowano symulację dwustronnej ogniwa słonecznego z perowskitu w programie OghmaNano, wykorzystując urządzenie MAPbI₃ o następującej strukturze warstw: powietrze / FTO / TiO₂ / MAPI / Spiro / ITO / szkło / powietrze. Zobaczyliśmy, że zastąpienie nieprzezroczystego tylnego kontaktu przezroczystą warstwą ITO umożliwia jednoczesne docieranie światła do ogniwa z obu stron, co w przybliżeniu podwaja prąd zwarciowy (JSC), podczas gdy napięcie w obwodzie otwartym (VOC) zwiększa się tylko nieznacznie ze względu na jego logarytmiczną zależność od prądu fotoelektrycznego. Profil generacji – osiągający maksimum na obu krawędziach absorbentu MAPI – stanowi bezpośredni sygnał optyczny związany z podwójnym oświetleniem. Analiza widm odbicia i transmisji potwierdziła, że chociaż dwa widma odbicia różnią się (sekwencja interfejsów obserwowana z każdej powierzchni jest inna), widma transmisji są identyczne w obu kierunkach, zgodnie z zasadą wzajemności optycznej. Na koniec wyłączenie dolnego źródła światła pokazało, jak profil generacji sprowadza się do pojedynczego maksimum, a absorpcja staje się asymetryczna, przywracając znane zachowanie ogniwa jednostronnego.

👉 Kolejne kroki:

Spróbuj zmienić intensywność dolnego źródła światła (w zakładce „Źródło światła”) na wartości 0,1 i 0,3 jednostek słonecznych, co odpowiada bardziej realistycznym poziomom natężenia promieniowania na tylnej stronie w przypadku instalacji dwustronnych paneli fotowoltaicznych. Zwróć uwagę, jak zmieniają się wartości JSC, VOC i PCE.
Wróć do Samouczka o perowskitach, część B, aby dowiedzieć się, w jaki sposób układ optyczny i grubość warstwy absorbującej wpływają na właściwości optyczne urządzenia, które odbiera światło tylko z jednej strony.
Zapoznaj się z przeglądem symulacji ogniw słonecznych na bazie perowskitów, aby uzyskać szersze wprowadzenie do zasad fizyki, które zostały zaimplementowane w OghmaNano.