Програмне забезпечення для моделювання роботи пристроїв великої площі

Покрокова інструкція: моделювання великогабаритних пристроїв і вивчення особливостей друкованих гексагональних контактів.

Демонстрація моделювання мережі резисторів для органічних пристроїв великої площі.

3D view of a large-area hexagonal contact structure in OghmaNano — Тривимірне зображення контактної моделі великої площі. Червоний: металева сітка. Зелений: провідний полімер. Жовтий: зона екстракції.

Three-dimensional circuit diagram generated from a large-area contact structure — Геометричні дані автоматично перетворюються на тривимірну схему електричної мережі для швидкого розв’язання задач електротехніки.

Resistance map across a large-area contact structure — Карта зон опору, яка показує, де поточний збір даних відбувається легко, а де спостерігаються найбільші втрати зв’язку.

Large-area PM6:Y6 solar cell with silver mesh and current collection geometry — Приклад великої площі пристрою PM6:Y6, що демонструє, як моделі контактів застосовуються до освітлених структур сонячних елементів.

Contacts editor showing electrical contacts for a large-area structure — Контактний редактор використовується для визначення областей вилучення, зон контакту та граничних умов.

1. Вступ

OghmaNano надає платформу для моделювання пристроїв на великій площі, яка використовується для моделювання фотоелектричних і оптоелектронних структур, обмежених латеральним потоком струму, контактним опором і просторовою неоднорідністю. Замість розв’язування повної 3D задачі переносу-дифузії в кожній точці, платформа перетворює геометрію на просторово розділену мережу резисторів і діодів, що дає змогу ефективно проводити моделювання пристроїв і модулів у цілому. Це дозволяє реалістично масштабувати моделі, виходячи за межі лабораторних пристроїв, де втрати зумовлені поширенням струму в прозорих провідниках, металевих сітках і контактах, а не вертикальним транспортом. OghmaNano розв’язує 3D-схему, яка враховує геометрію та будується безпосередньо на основі макета, що візуалізується в Рисунок ??, а відповідне представлення схеми показано в Рисунок ??. Довільні 3D-геометрії, такі як гексагональні сітки, шини та структуровані електроди, можуть бути згенеровані або імпортовані та проаналізовані на предмет опору, падіння напруги, затінення та скупчення струму. Той самий робочий процес поширюється від окремих контактів до освітлених пристроїв, як показано на прикладі PM6:Y6 на великій площі в Рисунок ??.

Детальний огляд представлено в рисунок ?? та рисунок ??. Повний процес починається з частина A: налаштування тривимірної контактної моделі.

✨ Що ви можете робити за допомогою OghmaNano?

Створюйте реалістичні геометричні моделі великих площ: визначайте металеві сітки, прозорі провідники, вивідні шини та налаштовуйте індивідуальні тривимірні схеми контактів.
Автоматично створюйте тривимірні схеми, що складаються з резисторів і діодів: перетворіть геометричну модель на схему, яка відображає бічний транспорт і локальні втрати напруги.
Визначення зон найбільшого опору та розподілу струму: ідентифікуйте, в яких областях структури спостерігаються найбільші втрати, як це показано на карті опору в рисунок ??.
Вивчайте контактну інженерію: проведіть тестування, щоб визначити, як крок сітки, ширина лінії, питомий опір матеріалу та геометрія вилучення впливають на характеристики виробу до його виготовлення.
Додайте оптичні ефекти та тіні: об’єднайте великомасштабну електричну модель із оптичними розрахунками, щоб вивчити утворення тіней і нерівномірний розподіл.
Перехід від окремих контактів до повноцінних пристроїв: розширте застосування тієї ж технології від окремих струмозбірних елементів до освітлених великих фотоелектричних панелей і модулів.
Введіть параметри, що відображають відхилення від ідеалу: представте дефекти друку, зміни товщини матеріалу в різних точках, неоднорідність матеріалу та локальні зміни електропровідності.

Спробуйте приклад із великою площею.

👉 Почніть з Розділ A: моделювання контактів на великій площі, потім перейдіть до Розділ B: виконання сканування та аналізу опору та втрат напруги, Розділ C: редагування та оптимізація геометрії контактів або перейдіть до розділу про освітлені великомасштабні PM6:Y6 сонячні елементи.

2. Чому для пристроїв із великою площею потрібен інший метод розв’язання.

Для пристроїв з невеликою площею поверхні перенесення заряду відбувається переважно у вертикальному напрямку, що робить моделювання дрейфу та дифузії доцільним. У пристроях з великою площею поверхні обмеження переміщується на латеральне перенесення через полімери, контакти та металеві сітки, де домінують розповсюдження струму та контактний опір. Замість розв’язування повної 3D-моделі дрейфу та дифузії, OghmaNano створює 3D-модель електричної схеми, де кожен об’єм стає резистором, а діоди відображають активну поведінку. Це дозволяє зберегти правильну фізику для великих площ, залишаючись при цьому обчислювально ефективним. Геометрію контактів можна переглянути в Рисунок ??, а створена мережа показує шляхи проходження струму, вузькі місця та ділянки з втратами напруги.

3. Контакти великої площі та збір струму

У пристроях з великою площею, лише прозорий провідник зазвичай недостатньо ефективний на великих відстанях. Поширеним рішенням є поєднання прозорого шару для розподілу струму з металевою сіткою: перший збирає заряд локально, а сітка ефективно транспортує його до контактів. OghmaNano моделює це безпосередньо, визначаючи шарову структуру, контактні зони та геометрію, а потім перетворює її на тривимірну схему. Це дозволяє швидко порівнювати різні конструкції сіток, питому електропровідність матеріалів і компонування без необхідності їх виготовлення.

Почніть з: Частина A, Частина B і Частина C.

4. Карти опору, втрата напруги та оптимізація.

Після створення схеми OghmaNano сканує структуру, щоб обчислити ефективний опір для контактного з’єднання. Отримані карти наочно демонструють характеристики: низький опір поблизу контактів і металу, а також вищі втрати в погано з’єднаних або центральних областях. Це забезпечує чіткий процес проєктування: високий опір у центрі елементів вказує на необхідність зміни розміру сітки, втрати поблизу контактів свідчать про проблеми з відведенням, а рівномірно високий опір вказує на низькі провідні властивості. Модель показує, де саме проєкт дає збій, а не лише наскільки. Цей самий підхід застосовується до освітлених пристроїв, поєднуючи розподіл струму з характеристиками діода та оптикою, як показано в навчальний матеріал про PM6:Y6 великої площі.

5. Від контактних моделей до повноцінних пристроїв із підсвічуванням.

OghmaNano не обмежується лише резистивними контактами. Цю ж велику площу можна використати для створення повноцінних пристроїв, інтегруючи діодні елементи в мережу та забезпечуючи оптичне збудження за допомогою тонкоплівкового оптичного модуля. У цьому випадку бічне збирання струму все ще здійснюється за допомогою тривимірної схеми, але локальна фотоелектрична поведінка описується за допомогою рівняння для діода, що освітлюється. Це особливо корисно для великомасштабних органічних фотоелектричних пристроїв та пов’язаних з ними тонкоплівкових архітектур, де розповсюдження струму та втрати в контактах є домінуючими факторами.

Це дає змогу об’єднати три рівні моделювання в межах одного середовища:

Моделі, що передбачають лише контактний зв’язок, для поточної колекції та розробки схеми опору шару.
Великогабаритні світлочутливі елементи, в яких реалізовано діодне перемикання та фотогенерація.
Складні тривимірні модулі, у яких одночасно важливими є поточна колекція, геометрія та взаємозв’язки між елементами.

Інформацію щодо пов’язаних робочих процесів див.: моделювання OPV, моделювання OLED, моделювання великомасштабних сонячних елементів PM6:Y6 та складні тривимірні структури пристроїв і модулів.

6. Типові сфери застосування

Ця платформа для моделювання корисна в тих випадках, коли струм має поширюватися вбік через шар із високим опором, перш ніж досягти високопровідного контактного з’єднання. Типові сфери застосування включають:

великогабаритні органічні та перовськітні сонячні елементи,
надруковані та гнучкі фотоелектричні елементи,
OLED-панелі для освітлення.
електрохромні пристрої та сенсори,
оптимізація прозорих електродів і сітчастих структур,
дослідження на рівні окремих модулів, присвячені контактному проєктуванню та створенню тіней.

В усіх цих випадках головне питання залишається незмінним: як геометричні параметри впливають на електричні втрати? OghmaNano дає на це питання пряму відповідь, пов’язуючи тривимірну структуру з розв’язаною електричною мережею.