Tutorial de Dispositivo de Perovskita/Orgânico – Simulando SCLC
1. Introdução
Corrente limitada por carga espacial (SCLC) ocorre quando a corrente através de um dispositivo é limitada pelo transporte de portadores injetados, e não pela geração. Nesse regime, a densidade de corrente segue a lei de Mott–Gurney:
\( J = \frac{9}{8} \, \varepsilon \mu \, \frac{V^2}{L^3} \)
onde ε é a constante dielétrica, μ a mobilidade de portadores, V a tensão aplicada, e L a espessura. Experimentalmente, SCLC é um dos métodos mais amplamente usados para extrair mobilidade de portadores e densidades de armadilhas em semicondutores orgânicos e de perovskita.
2. Configurando a simulação
Inicie o OghmaNano e abra a janela Nova simulação (??). Escolha o modelo Diodo SCLC (ou, se não estiver presente, selecione um diodo de perovskita genérico e configure os contatos para transporte apenas de lacunas ou apenas de elétrons). Isso configura um dispositivo de teste simples no qual os portadores injetados dominam a corrente.
3. Executando a simulação
Mude o Tipo de simulação para Curva JV.
Defina a faixa de tensão de 0 até alguns volts (por exemplo, 0–5 V).
Pressione Executar simulação (botão azul de reprodução) ou F9.
Quando terminar, abra a aba Saída e plote jv.csv
(??).
4. Analisando SCLC
No gráfico log–log de J vs V, o regime SCLC aparece como uma inclinação ~2. A partir da curva, você pode aplicar a lei de Mott–Gurney para estimar a mobilidade de portadores. Se armadilhas forem incluídas, a inclinação se desvia de 2, permitindo a estimativa da densidade de armadilhas e da distribuição de energia.
📝 Tarefa 1 — Varredura de tensão
Execute a simulação JV em 0–5 V. Faça o replot em escala log–log e identifique a região em que a inclinação é ~2.
Observação esperada
O regime SCLC aparece como uma linha reta com inclinação ≈ 2 no espaço log–log. Abaixo disso, a corrente é limitada por injeção; acima disso, a resistência em série pode dominar.
🧪 Tarefa 2 — Alterar mobilidade
Em Parâmetros elétricos, altere a mobilidade dos portadores em ×10 para cima e para baixo. Execute novamente a simulação e sobreponha as curvas.
Observação esperada
A curva J–V se desloca verticalmente em proporção à mobilidade. Maior mobilidade → maior corrente na mesma tensão, enquanto a inclinação quadrática permanece inalterada.
⚡ Tarefa 3 — Adicionar armadilhas
Habilite estados de armadilha (por exemplo, cauda Gaussiana ou exponencial) em Parâmetros elétricos. Compare a curva JV com e sem armadilhas.
Observação esperada
Com armadilhas, a inclinação no espaço log–log se desvia de 2 (frequentemente entre 2 e 4). A tensão de início se desloca para valores mais altos, indicando eficiência reduzida de coleta de portadores.
✅ O que você aprendeu
- Como configurar e executar uma simulação SCLC no OghmaNano.
- Como identificar o regime J–V quadrático e usá-lo para extrair mobilidade.
- Como armadilhas modificam a inclinação e o início da curva SCLC.
- Como a simulação ajuda a interpretar dados experimentais de SCLC.