İki Boyutlu Elektriksel Kesitler Kullanarak Toplu Hetero Birleşim Morfolojilerinin Simülasyonuİki Boyutlu Elektriksel Kesitler Kullanarak Toplu Hetero Birleşim Morfolojilerinin Simülasyonu

1. Giriş1. Giriş

Toplu heterojunctionlar (BHJ'ler), birçok organik elektronik cihaz için temel bir mikro yapı oluşturur; en bilinen örnekleri organik güneş pilleri olmakla birlikte, fotodetektörler, sensörler ve birbirine geçmiş yolların ve yerel darboğazların önemli olduğu diğer karmaşık iyonik-elektronik sistemlerde de kullanılır. Bir BHJ'de, iki faz 10–100 nm ölçeğinde birbirine karışır, bu da geniş bir iç arayüz ve temel olarak tek boyutlu olmayan bir taşıma ortamı oluşturur. Bunun karşılığında karmaşıklık ortaya çıkar: mikro yapıyı çözdüğünüzde, kaçınılmaz olarak birbirine geçmiş yolların sınırları, çıkmazlar, daralmalar ve taşıyıcı yoğunluğunda ve rekombinasyonda güçlü mekânsal varyasyon gibi sorunlarla karşılaşırsınız. Günlük cihaz optimizasyonlarının çoğunda, bu noktadan başlamak doğru olmaz. Genellikle 1 boyutlu cihaz seviyesinde çalışılır; bu, hızlı, sağlam ve çoğu zaman tamamen uygun bir yaklaşımdır ve gerekirse tuzaklanma ve rekombinasyon gibi ek fiziksel özellikler de içerebilir. Örneğin, OPV hızlı başlangıç öğreticisi, çoğu rutin çalışma ve parametre çıkarma işlemi için uygun olan standart bir 1 boyutlu iş akışını (gerekirse tuzak fiziği dahil) gösterir.Toplu heterojunctionlar (BHJ'ler), birçok organik elektronik cihaz için temel bir mikro yapı oluşturur; en bilinen örnekleri organik güneş pilleri olmakla birlikte, fotodetektörler, sensörler ve birbirine geçmiş yolların ve yerel darboğazların önemli olduğu diğer karmaşık iyonik-elektronik sistemlerde de kullanılır. Bir BHJ'de, iki faz 10–100 nm ölçeğinde birbirine karışır, bu da geniş bir iç arayüz ve temel olarak tek boyutlu olmayan bir taşıma ortamı oluşturur. Bunun karşılığında karmaşıklık ortaya çıkar: mikro yapıyı çözdüğünüzde, kaçınılmaz olarak birbirine geçmiş yolların sınırları, çıkmazlar, daralmalar ve taşıyıcı yoğunluğunda ve rekombinasyonda güçlü mekânsal varyasyon gibi sorunlarla karşılaşırsınız. Günlük cihaz optimizasyonlarının çoğunda, bu noktadan başlamak doğru olmaz. Genellikle 1 boyutlu cihaz seviyesinde çalışılır; bu, hızlı, sağlam ve çoğu zaman tamamen uygun bir yaklaşımdır ve gerekirse tuzaklanma ve rekombinasyon gibi ek fiziksel özellikler de içerebilir. Örneğin, OPV hızlı başlangıç öğreticisi, çoğu rutin çalışma ve parametre çıkarma işlemi için uygun olan standart bir 1 boyutlu iş akışını (gerekirse tuzak fiziği dahil) gösterir.

Soyutlama merdiveninin diğer ucunda, eğer amacınız ölçeklendirme, seri/paralel kayıplar veya modül/panel davranışı gibi sistem düzeyindeki sorulara yanıt bulmaksa, genellikle nanometre ölçeğindeki morfolojiyi çözmek yerine, daha geniş alanlı/devre odaklı bir açıklamaya geçersiniz. geniş alanlı PM6:Y6 öğretici bunun daha üst düzeydeki modelleme yaklaşımına bir örnektir.Soyutlama merdiveninin diğer ucunda, eğer amacınız ölçeklendirme, seri/paralel kayıplar veya modül/panel davranışı gibi sistem düzeyindeki sorulara yanıt bulmaksa, genellikle nanometre ölçeğindeki morfolojiyi çözmek yerine, daha geniş alanlı/devre odaklı bir açıklamaya geçersiniz. geniş alanlı PM6:Y6 öğretici bunun daha üst düzeydeki modelleme yaklaşımına bir örnektir.

Bu eğitim, kasıtlı olarak farklı bir yaklaşım izler: Mikro yapıyı (belirgin bir BHJ morfolojisi aracılığıyla) korur, ancak elektrik sorununu 2 boyutlu dilimler üzerinde çözerek hesaplama açısından pratik kalır. Amaç, her cihazın bu şekilde tasarlanması gerektiği değildir; önemli olan, mikro yapı çözünürlüğüne sahip bir iş akışına sahip olmanın bilimsel ve teknolojik açıdan değerli olmasıdır. Bu sayede, etkili ortam varsayımlarını test edebilir, "basit" modellerin nerede başarısız olduğunu görebilir ve performans üzerindeki morfoloji odaklı sınırlamalar hakkında fikir edinebilirsiniz; özellikle de iletim ve mekânsal olarak sınırlı tuzaklama/rekombinasyon etkili olduğunda.Bu eğitim, kasıtlı olarak farklı bir yaklaşım izler: Mikro yapıyı (belirgin bir BHJ morfolojisi aracılığıyla) korur, ancak elektrik sorununu 2 boyutlu dilimler üzerinde çözerek hesaplama açısından pratik kalır. Amaç, her cihazın bu şekilde tasarlanması gerektiği değildir; önemli olan, mikro yapı çözünürlüğüne sahip bir iş akışına sahip olmanın bilimsel ve teknolojik açıdan değerli olmasıdır. Bu sayede, etkili ortam varsayımlarını test edebilir, "basit" modellerin nerede başarısız olduğunu görebilir ve performans üzerindeki morfoloji odaklı sınırlamalar hakkında fikir edinebilirsiniz; özellikle de iletim ve mekânsal olarak sınırlı tuzaklama/rekombinasyon etkili olduğunda.

2. Bir morfoloji simülasyonu oluşturun ve BHJ'yi inceleyin.2. Bir morfoloji simülasyonu oluşturun ve BHJ'yi inceleyin.

Ana pencereden, "Yeni simülasyon" seçeneğine tıklayın. Bu, ??'de gösterilen cihaz türü kitaplığını açar. "Morfoloji"ye çift tıklayın, ardından projeyi yerel diskinizdeki bir yere kaydedin. Yerel olarak kaydetmek önemlidir, çünkü morfolojiye göre çözümlenmiş simülasyonlar birçok ara dosya (ağlar, anlık görüntüler, önbellekler) oluşturabilir ve yerel depolama genellikle ağ veya bulutla senkronize edilmiş klasörlerden çok daha hızlı ve güvenilirdir.Ana pencereden, "Yeni simülasyon" seçeneğine tıklayın. Bu, ??'de gösterilen cihaz türü kitaplığını açar. "Morfoloji"ye çift tıklayın, ardından projeyi yerel diskinizdeki bir yere kaydedin. Yerel olarak kaydetmek önemlidir, çünkü morfolojiye göre çözümlenmiş simülasyonlar birçok ara dosya (ağlar, anlık görüntüler, önbellekler) oluşturabilir ve yerel depolama genellikle ağ veya bulutla senkronize edilmiş klasörlerden çok daha hızlı ve güvenilirdir.

Projeyi oluşturduktan sonra, ana cihaz penceresi açılır. ??'de gösterildiği gibi, toplu heterojunction'ın (BHJ) bir fazını temsil eden merkezi kırmızı bir nesnenin, çevreleyen aktif katman bölgesinin içinde yer aldığını görmelisiniz. Tam 3B görünüm bilgilendirici olsa da, morfoloji görsel olarak yoğun olabilir. İç yapıyı daha net hale getirmek için, BHJ nesnesine sağ tıklayın ve Görüntüle → Y ekseninden kesiti göster seçeneğini belirleyin.Projeyi oluşturduktan sonra, ana cihaz penceresi açılır. ??'de gösterildiği gibi, toplu heterojunction'ın (BHJ) bir fazını temsil eden merkezi kırmızı bir nesnenin, çevreleyen aktif katman bölgesinin içinde yer aldığını görmelisiniz. Tam 3B görünüm bilgilendirici olsa da, morfoloji görsel olarak yoğun olabilir. İç yapıyı daha net hale getirmek için, BHJ nesnesine sağ tıklayın ve Görüntüle → Y ekseninden kesiti göster seçeneğini belirleyin.

Kesit görünümünü etkinleştirmek, ??'de gösterilen görseli oluşturur ve bu da 3 boyutlu morfolojinin içinden geçen 2 boyutlu bir kesiti ortaya çıkarır. Bu sayede BHJ içindeki faz bağlantısı, arayüzler ve nüfuz yolları çok daha kolay bir şekilde görülebilir.Kesit görünümünü etkinleştirmek, ??'de gösterilen görseli oluşturur ve bu da 3 boyutlu morfolojinin içinden geçen 2 boyutlu bir kesiti ortaya çıkarır. Bu sayede BHJ içindeki faz bağlantısı, arayüzler ve nüfuz yolları çok daha kolay bir şekilde görülebilir.

Bu aşamada faydalı olacak bir zihinsel model şudur: Dışındaki dikdörtgen bölge, aktif katmanın hacmini tanımlarken, içine yerleştirilmiş kırmızı nesne, belirli bir BHJ fazını (örneğin, polimer) tanımlar. Tamamlayıcı faz ise, içine yerleştirilmiş nesne tarafından işgal edilmeyen aktif katmanın hacminin geri kalanı olarak örtük olarak tanımlanır. Bu ayrım, aşağıdaki bölümlerde nesne düzenleyicisinde nesne özelliklerini incelerken daha belirgin hale gelir.Bu aşamada faydalı olacak bir zihinsel model şudur: Dışındaki dikdörtgen bölge, aktif katmanın hacmini tanımlarken, içine yerleştirilmiş kırmızı nesne, belirli bir BHJ fazını (örneğin, polimer) tanımlar. Tamamlayıcı faz ise, içine yerleştirilmiş nesne tarafından işgal edilmeyen aktif katmanın hacminin geri kalanı olarak örtük olarak tanımlanır. Bu ayrım, aşağıdaki bölümlerde nesne düzenleyicisinde nesne özelliklerini incelerken daha belirgin hale gelir.

3. Cihaz yapısı: aktif katman ve gömülü BHJ morfolojisi3. Cihaz yapısı: aktif katman ve gömülü BHJ morfolojisi

Cihaz yapısı sekmesini açın ve Katman düzenleyiciye tıklayın. Cihaz üç katmandan oluşur: üst temas, tek bir aktif katman ve alt temas (Şekil ??). Bu kasıtlı olarak basit yapı, morfolojinin elektrik sorununa nasıl dahil olduğunu anlamayı kolaylaştırır ve ek arayüzler veya taşıma katmanları eklemez. Önemli nokta, aktif katmanın kendisinin, katman düzenleyicide tanımlanan basit dikdörtgen bir hacim olmasıdır. Bu örnekte, aktif katmana bir alıcı olan Y6 moleküler malzemesi atanır ve tek başına sadece bir kutudur. Toplu heterojonksiyonla ilişkili tüm yapısal karmaşıklık, bu aktif katman hacminin içine ikinci bir nesne yerleştirilerek ayrı ayrı eklenir. Yerleştirilen bu nesne, Shape veritabanından içe aktarılan karmaşık bir CAD ağdır ve PM6 polimer fazını temsil eder. Polimer ağı, aktif katmanın içindeki kapalı üç boyutlu bir hacmi tanımlar. Tamamlayıcı faz (alıcı açısından zengin bölge), daha sonra polimer ağı tarafından işgal edilmeyen aktif katmanın bir parçası olarak örtük olarak tanımlanır. Başka bir deyişle, BHJ, iki iç içe geçmiş ağın açıkça tanımlanması yerine, hacim dışlaması ile temsil edilir.Cihaz yapısı sekmesini açın ve Katman düzenleyiciye tıklayın. Cihaz üç katmandan oluşur: üst temas, tek bir aktif katman ve alt temas (Şekil ??). Bu kasıtlı olarak basit yapı, morfolojinin elektrik sorununa nasıl dahil olduğunu anlamayı kolaylaştırır ve ek arayüzler veya taşıma katmanları eklemez. Önemli nokta, aktif katmanın kendisinin, katman düzenleyicide tanımlanan basit dikdörtgen bir hacim olmasıdır. Bu örnekte, aktif katmana bir alıcı olan Y6 moleküler malzemesi atanır ve tek başına sadece bir kutudur. Toplu heterojonksiyonla ilişkili tüm yapısal karmaşıklık, bu aktif katman hacminin içine ikinci bir nesne yerleştirilerek ayrı ayrı eklenir. Yerleştirilen bu nesne, Shape veritabanından içe aktarılan karmaşık bir CAD ağdır ve PM6 polimer fazını temsil eder. Polimer ağı, aktif katmanın içindeki kapalı üç boyutlu bir hacmi tanımlar. Tamamlayıcı faz (alıcı açısından zengin bölge), daha sonra polimer ağı tarafından işgal edilmeyen aktif katmanın bir parçası olarak örtük olarak tanımlanır. Başka bir deyişle, BHJ, iki iç içe geçmiş ağın açıkça tanımlanması yerine, hacim dışlaması ile temsil edilir.

Bu ayrım, 3D görüntüdeki nesneler incelendiğinde daha belirgin hale gelir. İlgili iki nesne vardır: dış sınırlayıcı aktif katman kutusu (genellikle mavi bir tel çerçeve olarak gösterilir) ve gömülü polimer morfolojisi (kırmızı olarak gösterilir). Bu nesnelerin özelliklerini incelemek için, mavi sınırlayıcı bölgeye sağ tıklayın ve ??'de gösterildiği gibi "Nesneyi Düzenle" seçeneğini belirleyin.Bu ayrım, 3D görüntüdeki nesneler incelendiğinde daha belirgin hale gelir. İlgili iki nesne vardır: dış sınırlayıcı aktif katman kutusu (genellikle mavi bir tel çerçeve olarak gösterilir) ve gömülü polimer morfolojisi (kırmızı olarak gösterilir). Bu nesnelerin özelliklerini incelemek için, mavi sınırlayıcı bölgeye sağ tıklayın ve ??'de gösterildiği gibi "Nesneyi Düzenle" seçeneğini belirleyin.

Nesne düzenleyicide bu ayrım açıkça belirtilmiştir. Kapsayıcı aktif nesne için, nesnenin şekli basit bir kutudur (karmaşık ağlar devre dışı bırakılmıştır). Polimer nesne için, nesnenin şekli, PM6 morfolojisini tanımlayan üçgenleştirilmiş ağı içeren bir Şekil Veritabanı girdisine işaret eder. Bu referansı değiştirmek, polimer morfolojisini değiştirirken çevredeki aktif katmanı olduğu gibi bırakır.Nesne düzenleyicide bu ayrım açıkça belirtilmiştir. Kapsayıcı aktif nesne için, nesnenin şekli basit bir kutudur (karmaşık ağlar devre dışı bırakılmıştır). Polimer nesne için, nesnenin şekli, PM6 morfolojisini tanımlayan üçgenleştirilmiş ağı içeren bir Şekil Veritabanı girdisine işaret eder. Bu referansı değiştirmek, polimer morfolojisini değiştirirken çevredeki aktif katmanı olduğu gibi bırakır.

Bu yapı – basit aktif katman kutusu ve içine gömülü polimer hacmi – OghmaNano'da BHJ morfolojilerinin nasıl ele alındığının temelini oluşturur. Geometrinin anlaşılmasını kolaylaştırır, polimer fazının iyi tanımlanmış, kapalı bir bölge oluşturmasını sağlar ve elektriksel çözümleyici çalıştırıldığında, polimer ağındaki iletkenlik, bağlantı ve daralmaların yük taşımacılığı üzerindeki etkilerini incelemenize olanak tanır.Bu yapı – basit aktif katman kutusu ve içine gömülü polimer hacmi – OghmaNano'da BHJ morfolojilerinin nasıl ele alındığının temelini oluşturur. Geometrinin anlaşılmasını kolaylaştırır, polimer fazının iyi tanımlanmış, kapalı bir bölge oluşturmasını sağlar ve elektriksel çözümleyici çalıştırıldığında, polimer ağındaki iletkenlik, bağlantı ve daralmaların yük taşımacılığı üzerindeki etkilerini incelemenize olanak tanır.

4. Elektriksel parametreler: hareketlilik ve SRH tuzak bantları4. Elektriksel parametreler: hareketlilik ve SRH tuzak bantları

Ana pencereden Elektriksel parametreler düzenleyicisini açın. Aktif katmanın iki fazı için ayrı parametre panelleri sağlanmıştır: dış katmanı oluşturan Aktif bölge (alıcı/matris) ve gömülü Polimer morfolojisi; bunlar ?? ve ??'de gösterilmiştir. Burada, birbirine nüfuz eden bu iki faz elektriksel olarak birbirinden ayrılır.Ana pencereden Elektriksel parametreler düzenleyicisini açın. Aktif katmanın iki fazı için ayrı parametre panelleri sağlanmıştır: dış katmanı oluşturan Aktif bölge (alıcı/matris) ve gömülü Polimer morfolojisi; bunlar ?? ve ??'de gösterilmiştir. Burada, birbirine nüfuz eden bu iki faz elektriksel olarak birbirinden ayrılır.

Her iki faz da aynı temel taşıma formalizmini kullanır: Maxwell-Boltzmann taşıyıcı istatistikleri ve simetrik hareketlilik tensörleri ile birlikte sürüklenme-difüzyon. Temel fark, kasıtlı olarak oluşturulan hareketlilik kontrastıdır. Polimer fazda, boşlukların hareketliliği yüksekken elektronların hareketliliği düşüktür; tamamlayıcı aktif fazda ise bu durum tersine çevrilir. Bu, seçici taşımayı sağlar: boşluklar polimer ağı boyunca hareket ederken, elektronlar matris boyunca hareket eder.Her iki faz da aynı temel taşıma formalizmini kullanır: Maxwell-Boltzmann taşıyıcı istatistikleri ve simetrik hareketlilik tensörleri ile birlikte sürüklenme-difüzyon. Temel fark, kasıtlı olarak oluşturulan hareketlilik kontrastıdır. Polimer fazda, boşlukların hareketliliği yüksekken elektronların hareketliliği düşüktür; tamamlayıcı aktif fazda ise bu durum tersine çevrilir. Bu, seçici taşımayı sağlar: boşluklar polimer ağı boyunca hareket ederken, elektronlar matris boyunca hareket eder.

Bu basit asimetri, fiziksel olarak anlamlı BHJ davranışını oluşturmak için yeterlidir. Simülasyonu çalıştırmadan önce bile, mekansal çıktılarda ne görmeniz gerektiğini belirler: sürekli iletim yolları, taşıyıcıların geometrik olarak sıkıştığı çıkmazlar ve morfolojinin daralmaları veya zayıf bağlantılı bölgelerinde yerel yük birikimi. Serbest taşıyıcı taşınımına ek olarak, her iki fazda da dengesiz Shockley–Read–Hall (SRH) tuzak mekanizması etkinleştirilir. Parametre panellerinde gösterildiği gibi, elektronlar ve boşluklar için üstel kuyruk dağılımları kullanılarak durum yoğunluğu temsil edilir ve her fazda aynı tuzak yoğunluğu ve enerji eğimi bulunur. Çözücü, her ağ noktasında beş ayrı tuzak bandını izler.Bu basit asimetri, fiziksel olarak anlamlı BHJ davranışını oluşturmak için yeterlidir. Simülasyonu çalıştırmadan önce bile, mekansal çıktılarda ne görmeniz gerektiğini belirler: sürekli iletim yolları, taşıyıcıların geometrik olarak sıkıştığı çıkmazlar ve morfolojinin daralmaları veya zayıf bağlantılı bölgelerinde yerel yük birikimi. Serbest taşıyıcı taşınımına ek olarak, her iki fazda da dengesiz Shockley–Read–Hall (SRH) tuzak mekanizması etkinleştirilir. Parametre panellerinde gösterildiği gibi, elektronlar ve boşluklar için üstel kuyruk dağılımları kullanılarak durum yoğunluğu temsil edilir ve her fazda aynı tuzak yoğunluğu ve enerji eğimi bulunur. Çözücü, her ağ noktasında beş ayrı tuzak bandını izler.

Her tuzak bandı, açık yakalama ve salınım terimleri aracılığıyla serbest popülasyonlarla dinamik olarak taşıyıcı alışverişi yapar (serbestten tuzağa geçiş sabitleri, düzenleme arayüzünde görülebilir). Sonuç olarak, çözülen sistem sadece serbest elektron ve boşluk yoğunluklarını değil, aynı zamanda her mekânsal konumda birden fazla tuzağa yakalanmış taşıyıcı popülasyonunu da içerir. Bu durum, sayısal kararlılığı ve hesaplama maliyetini önemli ölçüde artırır, ancak dağılım gösteren taşıma, tuzak destekli rekombinasyon ve düzensiz organik yarı iletkenlerdeki gerçekçi geçici davranışın modellenmesi için gereklidir. Burada kullanılan sayısal değerler, kalibre edilmiş bir malzeme modeli olmaktan ziyade, istikrarlı ve açıklayıcı bir örnek olarak tasarlanmıştır. İş akışı anlaşıldıktan sonra, bu parametreler geliştirilebilir, deneylerle doğrulanabilir veya amaç, tuzak fiziği yerine morfoloji ve iletim etkilerini izole etmekse basitleştirilebilir.Her tuzak bandı, açık yakalama ve salınım terimleri aracılığıyla serbest popülasyonlarla dinamik olarak taşıyıcı alışverişi yapar (serbestten tuzağa geçiş sabitleri, düzenleme arayüzünde görülebilir). Sonuç olarak, çözülen sistem sadece serbest elektron ve boşluk yoğunluklarını değil, aynı zamanda her mekânsal konumda birden fazla tuzağa yakalanmış taşıyıcı popülasyonunu da içerir. Bu durum, sayısal kararlılığı ve hesaplama maliyetini önemli ölçüde artırır, ancak dağılım gösteren taşıma, tuzak destekli rekombinasyon ve düzensiz organik yarı iletkenlerdeki gerçekçi geçici davranışın modellenmesi için gereklidir. Burada kullanılan sayısal değerler, kalibre edilmiş bir malzeme modeli olmaktan ziyade, istikrarlı ve açıklayıcı bir örnek olarak tasarlanmıştır. İş akışı anlaşıldıktan sonra, bu parametreler geliştirilebilir, deneylerle doğrulanabilir veya amaç, tuzak fiziği yerine morfoloji ve iletim etkilerini izole etmekse basitleştirilebilir.

5. Ağ oluşturma5. Ağ oluşturma

Simülasyonu çalıştırmadan önce, elektrik ağının doğru şekilde yapılandırıldığından emin olmak için kontrol etmek faydalı olacaktır. Ana pencerede, "Elektrik" sekmesini açın (Şekil ??) ve "Elektrik Ağı"na tıklayın. Bu, ??'de gösterilen ağ düzenleme aracını açacaktır.Simülasyonu çalıştırmadan önce, elektrik ağının doğru şekilde yapılandırıldığından emin olmak için kontrol etmek faydalı olacaktır. Ana pencerede, "Elektrik" sekmesini açın (Şekil ??) ve "Elektrik Ağı"na tıklayın. Bu, ??'de gösterilen ağ düzenleme aracını açacaktır.

Bu örnekte ağ, xy düzleminde 40 × 40 boyutundadır; bu da elektrik sorununa iki boyutlu olarak çözüm getirildiği anlamına gelir. z yönü kasıtlı olarak dışarı bırakılmıştır. OghmaNano'da tam üç boyutlu elektrik simülasyonları mümkündür, ancak bunlar gerçek bir 3B morfoloji gerektirir ve önemli ölçüde daha fazla hesaplama maliyeti ve karmaşıklıkla sonuçlanır. Bu tür modellerin oluşturulması ve yorumlanması, bu eğitici materyalin kapsamının dışındadır.Bu örnekte ağ, xy düzleminde 40 × 40 boyutundadır; bu da elektrik sorununa iki boyutlu olarak çözüm getirildiği anlamına gelir. z yönü kasıtlı olarak dışarı bırakılmıştır. OghmaNano'da tam üç boyutlu elektrik simülasyonları mümkündür, ancak bunlar gerçek bir 3B morfoloji gerektirir ve önemli ölçüde daha fazla hesaplama maliyeti ve karmaşıklıkla sonuçlanır. Bu tür modellerin oluşturulması ve yorumlanması, bu eğitici materyalin kapsamının dışındadır.

Bunun yerine, bu hesaplamanın cihazın içinden geçen iki boyutlu bir kesit olarak düşünülmesi gerekir. Bu kesit, morfolojinin merkezinden geçer ve bu düzlem içinde tam olarak yan yana yerleşmiş BHJ mikro yapısını korur. Bu yaklaşım, iletim, darboğazlar ve faz bağlantısı gibi özellikleri yakalar ve aynı zamanda hızlı, anlaşılır ve öğretici amaçlı kullanıma uygun bir yöntem sunar.Bunun yerine, bu hesaplamanın cihazın içinden geçen iki boyutlu bir kesit olarak düşünülmesi gerekir. Bu kesit, morfolojinin merkezinden geçer ve bu düzlem içinde tam olarak yan yana yerleşmiş BHJ mikro yapısını korur. Bu yaklaşım, iletim, darboğazlar ve faz bağlantısı gibi özellikleri yakalar ve aynı zamanda hızlı, anlaşılır ve öğretici amaçlı kullanıma uygun bir yöntem sunar.

6. Simülasyonu çalıştırma6. Simülasyonu çalıştırma

Çözücüyü başlatmak için ana penceredeki mavi "Simülasyonu Çalıştır" düğmesine tıklayın. Simülasyon çalışırken, terminal her adımda uygulanan gerilim ve akım yoğunluğunu gösterir (??). Bu örnekte, üst temas üzerine uygulanan gerilim, 0,00 V'den başlayarak yaklaşık 0,54 V'ye kadar artırılarak bir JV eğrisi oluşturulur. Düşük gerilimde, aydınlatma altında ölçülen akım yoğunluğu negatiftir ve gerilim, açık devre durumuna yaklaştıkça net akım sıfırın üzerinden geçer ve işareti değişir; bu durum güneş hücresi davranışıyla uyumludur.Çözücüyü başlatmak için ana penceredeki mavi "Simülasyonu Çalıştır" düğmesine tıklayın. Simülasyon çalışırken, terminal her adımda uygulanan gerilim ve akım yoğunluğunu gösterir (??). Bu örnekte, üst temas üzerine uygulanan gerilim, 0,00 V'den başlayarak yaklaşık 0,54 V'ye kadar artırılarak bir JV eğrisi oluşturulur. Düşük gerilimde, aydınlatma altında ölçülen akım yoğunluğu negatiftir ve gerilim, açık devre durumuna yaklaştıkça net akım sıfırın üzerinden geçer ve işareti değişir; bu durum güneş hücresi davranışıyla uyumludur.

Simülasyon tamamlandığında, oluşturulan dosyaları incelemek için Çıktı sekmesini (??) açın. Terminal özet raporu, toplam simülasyon süresini, çözülen denklem sayısını ve temel disk giriş/çıkış istatistiklerini gösterir. Morfolojiye dayalı simülasyonlarda, dosya çıktısını izlemek önemlidir: çok sayıda anlık görüntü yazmak, çözümleyicinin kendisi hızlı olsa bile, simülasyon süresinin büyük bir bölümünü kaplayabilir.Simülasyon tamamlandığında, oluşturulan dosyaları incelemek için Çıktı sekmesini (??) açın. Terminal özet raporu, toplam simülasyon süresini, çözülen denklem sayısını ve temel disk giriş/çıkış istatistiklerini gösterir. Morfolojiye dayalı simülasyonlarda, dosya çıktısını izlemek önemlidir: çok sayıda anlık görüntü yazmak, çözümleyicinin kendisi hızlı olsa bile, simülasyon süresinin büyük bir bölümünü kaplayabilir.

Geometrik doğruluğu kontrol etmek için device.csv'e çift tıklayarak, çözümleyici tarafından dahili olarak kullanılan cihazın üçgenlenmiş gösterimini görüntüleyin (??). Bu, BHJ morfolojisinin beklendiği gibi içe aktarıldığını ve ayrıklaştırıldığını doğrular.Geometrik doğruluğu kontrol etmek için device.csv'e çift tıklayarak, çözümleyici tarafından dahili olarak kullanılan cihazın üçgenlenmiş gösterimini görüntüleyin (??). Bu, BHJ morfolojisinin beklendiği gibi içe aktarıldığını ve ayrıklaştırıldığını doğrular.

Elektriksel performansı görüntülemek için jv_contact_0.csv veya jv_contact_1.csv'yi açarak JV eğrisini çizdirin (??). Bu 2 boyutlu simülasyon için, her bir temas noktası için elde edilen JV değerleri kullanılmalıdır; jv.csv dikkate alınmayabilir.Elektriksel performansı görüntülemek için jv_contact_0.csv veya jv_contact_1.csv'yi açarak JV eğrisini çizdirin (??). Bu 2 boyutlu simülasyon için, her bir temas noktası için elde edilen JV değerleri kullanılmalıdır; jv.csv dikkate alınmayabilir.

7.0 Simülasyon anlık görüntülerinin incelenmesi7.0 Simülasyon anlık görüntülerinin incelenmesi

Simülasyon tamamlandıktan sonra, en bilgilendirici sonuçlar snapshots/ dizininde bulunur. Anlık durum dosyaları, uygulanan gerilim fonksiyonu olarak kaydedilen, sürüklenme-difüzyon-SRH sisteminin iç durum değişkenlerini içerir. Bu dosyalar, her bir gerilim adımında taşıma denklemlerinin mekânsal olarak çözülmüş çözümünü, işlenmiş özetler yerine gösterir. Bir anlık durum dosyası açıldığında, iki kontrol kullanılabilir hale gelir: birincisi, JV taraması boyunca ilerleyen bir gerilim kaydırıcısı ve ikincisi, morfoloji boyunca 2B kesiti seçen bir kesit konum kaydırıcısı. Bu eğitim boyunca, elektrik problemi 2B bir kesit üzerinde çözülür ve tüm anlık durum verileri bu kesite karşılık gelir.Simülasyon tamamlandıktan sonra, en bilgilendirici sonuçlar snapshots/ dizininde bulunur. Anlık durum dosyaları, uygulanan gerilim fonksiyonu olarak kaydedilen, sürüklenme-difüzyon-SRH sisteminin iç durum değişkenlerini içerir. Bu dosyalar, her bir gerilim adımında taşıma denklemlerinin mekânsal olarak çözülmüş çözümünü, işlenmiş özetler yerine gösterir. Bir anlık durum dosyası açıldığında, iki kontrol kullanılabilir hale gelir: birincisi, JV taraması boyunca ilerleyen bir gerilim kaydırıcısı ve ikincisi, morfoloji boyunca 2B kesiti seçen bir kesit konum kaydırıcısı. Bu eğitim boyunca, elektrik problemi 2B bir kesit üzerinde çözülür ve tüm anlık durum verileri bu kesite karşılık gelir.

??–?? şekilleri, sabit bir gerilimde elde edilen tipik 2 boyutlu görüntüleri göstermektedir. Bu değerler birlikte değerlendirilmelidir. İletim bandı (LUMO) profili, Ec.csv (??), elektronlar için enerji ortamını tanımlar. Morfolojiyi belirleyen bir simülasyonda, bu profil hem faz bağımlı enerji değerleri hem de yerel yük birikimine karşı oluşan elektrostatik tepki nedeniyle yatay olarak değişir. Serbest elektron yoğunluğu, Q_nfree.csv (??), elektronların alıcı/matris ağı boyunca verimli bir şekilde hareket edebileceği bölgeleri vurgular. Güçlü mekânsal değişiklikler, iletim yollarını, daralmaları ve morfoloji kaynaklı darboğazları gösterir.??–?? şekilleri, sabit bir gerilimde elde edilen tipik 2 boyutlu görüntüleri göstermektedir. Bu değerler birlikte değerlendirilmelidir. İletim bandı (LUMO) profili, Ec.csv (??), elektronlar için enerji ortamını tanımlar. Morfolojiyi belirleyen bir simülasyonda, bu profil hem faz bağımlı enerji değerleri hem de yerel yük birikimine karşı oluşan elektrostatik tepki nedeniyle yatay olarak değişir. Serbest elektron yoğunluğu, Q_nfree.csv (??), elektronların alıcı/matris ağı boyunca verimli bir şekilde hareket edebileceği bölgeleri vurgular. Güçlü mekânsal değişiklikler, iletim yollarını, daralmaları ve morfoloji kaynaklı darboğazları gösterir.

Tuzaklanmış elektron yoğunluğu, Q_ntrap.csv (??), taşıyıcıların tuzak durumlarında nerede biriktiğini gösterir. Serbest ve tuzaklanmış yoğunlukların karşılaştırılması, genellikle zayıf ekstraksiyon veya BHJ morfolojisiyle ilişkili güçlü yerel tuzaklanma bölgelerini belirlemenin en hızlı yoludur. Hareketlilikle ilgili çıktı, mu_p_ft.csv (??), serbest ve tuzaklanmış taşıyıcılar üzerinde ortalaması alınmış etkili bir hareketliliği gösterir. Mekânsal değişiklikler hem içsel faz kontrastını hem de yerel tuzaklanmayı yansıtır ve genellikle alttaki ağın bağlantısıyla güçlü bir korelasyon gösterir.Tuzaklanmış elektron yoğunluğu, Q_ntrap.csv (??), taşıyıcıların tuzak durumlarında nerede biriktiğini gösterir. Serbest ve tuzaklanmış yoğunlukların karşılaştırılması, genellikle zayıf ekstraksiyon veya BHJ morfolojisiyle ilişkili güçlü yerel tuzaklanma bölgelerini belirlemenin en hızlı yoludur. Hareketlilikle ilgili çıktı, mu_p_ft.csv (??), serbest ve tuzaklanmış taşıyıcılar üzerinde ortalaması alınmış etkili bir hareketliliği gösterir. Mekânsal değişiklikler hem içsel faz kontrastını hem de yerel tuzaklanmayı yansıtır ve genellikle alttaki ağın bağlantısıyla güçlü bir korelasyon gösterir.

İki boyutlu görseller genellikle mekânsal değişimleri analiz etmenin en anlaşılır yolunu sunsa da, bazen aynı verileri gerçek mekânda yorumlamak daha kolay olabilir. Anlık görüntü penceresinde üç boyutlu modu etkinleştirerek, iki boyutlu kesit cihazın geometrisine geri yansıtılır. ??–?? şekilleri, bu yansıtmanın örneklerini göstermektedir. Ortalama elektron ve boşluk hareketliliği (mu_n_ft.csv, mu_p_ft.csv), serbest elektronların sözde Fermi seviyesi (Fn.csv) ve iletim yönündeki elektron akım yoğunluğu (Jn.csv), özellikle BHJ içindeki iletim yollarını ve akım akışını görselleştirmek için kullanışlıdır.İki boyutlu görseller genellikle mekânsal değişimleri analiz etmenin en anlaşılır yolunu sunsa da, bazen aynı verileri gerçek mekânda yorumlamak daha kolay olabilir. Anlık görüntü penceresinde üç boyutlu modu etkinleştirerek, iki boyutlu kesit cihazın geometrisine geri yansıtılır. ??–?? şekilleri, bu yansıtmanın örneklerini göstermektedir. Ortalama elektron ve boşluk hareketliliği (mu_n_ft.csv, mu_p_ft.csv), serbest elektronların sözde Fermi seviyesi (Fn.csv) ve iletim yönündeki elektron akım yoğunluğu (Jn.csv), özellikle BHJ içindeki iletim yollarını ve akım akışını görselleştirmek için kullanışlıdır.

Bu anlık çıktı verileri, morfolojik özelliklerin çözümlendiği simülasyonların temel bilimsel değerini oluşturur: cihaz ölçeğindeki gözlemlenebilir özelliklerin, heterojunction yapısının içindeki yerel enerji durumları, tuzaklanma ve bağlantı ile doğrudan ilişkilendirilmesini sağlarlar.Bu anlık çıktı verileri, morfolojik özelliklerin çözümlendiği simülasyonların temel bilimsel değerini oluşturur: cihaz ölçeğindeki gözlemlenebilir özelliklerin, heterojunction yapısının içindeki yerel enerji durumları, tuzaklanma ve bağlantı ile doğrudan ilişkilendirilmesini sağlarlar.

8. Deneyebileceğiniz görevler8. Deneyebileceğiniz görevler

Sezgisel yeteneği geliştirmenin en hızlı yolu, modeli değiştirerek ve ne gibi değişiklikler olduğunu gözlemlemektir. Aşağıdaki görevler hızlı bir şekilde tamamlanacak şekilde tasarlanmıştır: morfoloji ağını değiştirin, işlemi yeniden çalıştırın ve JV eğrisini karşılaştırın (ve eğer zamanınız varsa, aynı polarizasyon değerinde birkaç anlık görüntüyü karşılaştırın).Sezgisel yeteneği geliştirmenin en hızlı yolu, modeli değiştirerek ve ne gibi değişiklikler olduğunu gözlemlemektir. Aşağıdaki görevler hızlı bir şekilde tamamlanacak şekilde tasarlanmıştır: morfoloji ağını değiştirin, işlemi yeniden çalıştırın ve JV eğrisini karşılaştırın (ve eğer zamanınız varsa, aynı polarizasyon değerinde birkaç anlık görüntüyü karşılaştırın).

Görev 1 — morfoloji ağını değiştirinGörev 1 — morfoloji ağını değiştirin

Ana cihaz görünümünde, kırmızı BHJ nesnesine (gömülü polimer ağ) sağ tıklayın ve "Ağ Düzenleyici"yi seçin. Düzenleyicide, geçerli seçeneğin "Veritabanından Şekil" olması gerekir. Seçili şekli "morfoloji/1", "morfoloji/2" ve "morfoloji/3" olarak değiştirin (Şekil ??, ??, ??). Her değişiklikten sonra simülasyonu yeniden çalıştırın ve JV eğrisini karşılaştırın.Ana cihaz görünümünde, kırmızı BHJ nesnesine (gömülü polimer ağ) sağ tıklayın ve "Ağ Düzenleyici"yi seçin. Düzenleyicide, geçerli seçeneğin "Veritabanından Şekil" olması gerekir. Seçili şekli "morfoloji/1", "morfoloji/2" ve "morfoloji/3" olarak değiştirin (Şekil ??, ??, ??). Her değişiklikten sonra simülasyonu yeniden çalıştırın ve JV eğrisini karşılaştırın.

Aradığınız şey, bağlantının ve darboğazların, iletim ve rekombinasyon süreçlerini nasıl değiştirdiğiyle ilgili. Bazı morfolojiler daha temiz iletim yolları (daha yüksek akım) oluştururken, diğerleri taşıyıcıları dar geçitlerden ve çıkmazlardan geçirerek daha fazla birikime ve daha fazla yakalanmaya neden oluyor ve bu da genellikle daha kötü bir gerilim-akım performansı anlamına geliyor.Aradığınız şey, bağlantının ve darboğazların, iletim ve rekombinasyon süreçlerini nasıl değiştirdiğiyle ilgili. Bazı morfolojiler daha temiz iletim yolları (daha yüksek akım) oluştururken, diğerleri taşıyıcıları dar geçitlerden ve çıkmazlardan geçirerek daha fazla birikime ve daha fazla yakalanmaya neden oluyor ve bu da genellikle daha kötü bir gerilim-akım performansı anlamına geliyor.

Amacına yönelik olarak "yanlış ancak öğretici" bir deney olarak, veri tabanında "çaydanlık" adı verilen bir şekil de bulacaksınız. BHJ ağını çaydanlıkla değiştirin, işlemi yeniden çalıştırın ve çaydanlık şeklinde bir içerme içeren bir cihaz için bir JV eğrisi oluşturun. Bu, fiziksel olarak anlamlı bir BHJ olmasa da, iş akışının gerçekten geometri odaklı olduğunu gösterir: herhangi bir kapalı CAD ağı eklenebilir ve elektriksel olarak analiz edilebilir.Amacına yönelik olarak "yanlış ancak öğretici" bir deney olarak, veri tabanında "çaydanlık" adı verilen bir şekil de bulacaksınız. BHJ ağını çaydanlıkla değiştirin, işlemi yeniden çalıştırın ve çaydanlık şeklinde bir içerme içeren bir cihaz için bir JV eğrisi oluşturun. Bu, fiziksel olarak anlamlı bir BHJ olmasa da, iş akışının gerçekten geometri odaklı olduğunu gösterir: herhangi bir kapalı CAD ağı eklenebilir ve elektriksel olarak analiz edilebilir.

Görev 2 — tuzaklama gücünü değiştirin (SRH tuzak bantları)Görev 2 — tuzaklama gücünü değiştirin (SRH tuzak bantları)

Elektriksel parametreler bölümünde, dengesiz SRH tuzak ayarlarını düzenleyin ve işlemi yeniden başlatın. Her seferinde yalnızca bir ayarı değiştirerek deneyin:Elektriksel parametreler bölümünde, dengesiz SRH tuzak ayarlarını düzenleyin ve işlemi yeniden başlatın. Her seferinde yalnızca bir ayarı değiştirerek deneyin:

• Tuzak yoğunluğunu 1-2 kat artırın/azaltın ve Q_nfree ile Q_ntrap'yi karşılaştırın.Tuzak yoğunluğunu 1-2 kat artırın/azaltın ve Q_nfree ile Q_ntrap'yi karşılaştırın.

Bu görevin amacı, dağılım/tuzak etkisiyle sınırlı iletimin, yapısal özelliklerle nasıl rekabet ettiğini gözlemlemektir: Tuzak etkisi, yükün daha hızlı bir şekilde boşalamaması nedeniyle "olumsuz" bölgeleri (çıktısız yollar, daralmalar) artırma eğilimindedir.Bu görevin amacı, dağılım/tuzak etkisiyle sınırlı iletimin, yapısal özelliklerle nasıl rekabet ettiğini gözlemlemektir: Tuzak etkisi, yükün daha hızlı bir şekilde boşalamaması nedeniyle "olumsuz" bölgeleri (çıktısız yollar, daralmalar) artırma eğilimindedir.

Görev 3 — rekombinasyon oranı sabitlerini değiştirinGörev 3 — rekombinasyon oranı sabitlerini değiştirin

Hâlâ Elektriksel Parametreler bölümünde, rekombinasyon ayarlarını değiştirin ve işlemi yeniden çalıştırın. İki basit değişiklik:Hâlâ Elektriksel Parametreler bölümünde, rekombinasyon ayarlarını değiştirin ve işlemi yeniden çalıştırın. İki basit değişiklik:

• Değiştir. serbest-serbest rekombinasyon oranı sabiti (n_free -e p_free) 1–2 büyüklük mertebesi kadar yukarı/aşağı değişir. Ortak girişim (JV) eğrisinin ve yükün mekânsal dağılımının nasıl değiştiğini gözlemleyin. Değiştir. serbest-serbest rekombinasyon oranı sabiti (n_free -e p_free) 1–2 büyüklük mertebesi kadar yukarı/aşağı değişir. Ortak girişim (JV) eğrisinin ve yükün mekânsal dağılımının nasıl değiştiğini gözlemleyin.
• Projeniz, SRH yakalama/bağlantı parametrelerini (serbest↔tuzak bağlantı sabitleri) ortaya çıkarıyorsa, bunları birlikte orantılı olarak artırın/azaltın ve aynı gerilimde Q_nfree ve Q_ntrap'nin dengesini karşılaştırın.Projeniz, SRH yakalama/bağlantı parametrelerini (serbest↔tuzak bağlantı sabitleri) ortaya çıkarıyorsa, bunları birlikte orantılı olarak artırın/azaltın ve aynı gerilimde Q_nfree ve Q_ntrap'nin dengesini karşılaştırın.

2 ve 3 numaralı görevler için faydalı bir alışkanlık, morfolojiyi sabit tutmak, tek bir parametreyi değiştirmek ve ardından her seferinde aynı iki şeyi kontrol etmektir: (i) JV eğrisinin nasıl kaydığını ve (ii) akım yollarının (örneğin, Jn ve sözde Fermi seviyesi alanları) mikro yapı nedeniyle daha düzgün mü yoksa daha "parçalı" mı hale geldiğini kontrol edin.2 ve 3 numaralı görevler için faydalı bir alışkanlık, morfolojiyi sabit tutmak, tek bir parametreyi değiştirmek ve ardından her seferinde aynı iki şeyi kontrol etmektir: (i) JV eğrisinin nasıl kaydığını ve (ii) akım yollarının (örneğin, Jn ve sözde Fermi seviyesi alanları) mikro yapı nedeniyle daha düzgün mü yoksa daha "parçalı" mı hale geldiğini kontrol edin.