1. Для чого потрібно проводити оптимізацію параметрів?

Під час оптимізації пристрою інженера чи науковця часто цікавить визначення оптимальної структури, а не просто дослідження того, як змінюється окремий параметр. Наприклад, перовськитна сонячна батарея складається з кількох шарів, кожен з яких має певну товщину, що впливає на характеристики пристрою. Тоді виникає питання: якою має бути оптимальна товщина кожного шару?

Якщо шар перовськиту зробити дуже товстим, значна частина падаючого світла буде поглинена. Однак, недоліком є те, що носії заряду повинні долати більшу відстань, щоб покинути пристрій, що збільшує час їх перебування та, відповідно, ймовірність рекомбінації. І навпаки, якщо шар зробити дуже тонким, носії можна витягувати ефективніше, але поглинається менше фотонів.

Ситуація ускладнюється ефектами оптичної інтерференції. Світло багаторазово відбивається на межах між шарами всередині пристрою, утворюючи стаціонарні хвильові структури, які значною мірою залежать від товщини всіх шарів. Як наслідок, оптимізація лише одного шару окремо рідко дає достатній результат; натомість, необхідно одночасно оптимізувати товщину кількох шарів.

Для вирішення цього типу задач багатопараметрової оптимізації, OghmaNano пропонує швидкий оптимізатор у межах вікна сканування, який може ефективно здійснювати пошук у просторі параметрів і визначати оптимальні конфігурації пристрою.

2. Відкриття прикладу

У новому вікні симуляції, у підрозділі «Створення сценаріїв та налаштування», наведено кілька прикладів, які демонструють багатопараметричні алгоритми оптимізації:

• Оптимізатор електричного шару: змінює товщину двох активних шарів в органічній сонячній батареї та відображає графіки залежностей ККД, коефіцієнта заповнення та напруги розімкнутого контуру від товщини шару.
• Оптимізатор оптичного шару (перовськитна фотоелектрична комірка): змінює товщину двох шарів у перовськитній сонячній комірці та відображає графік струму, що генерується в кожному шарі.
• Оптимізатор оптичного шару (OPV): змінює товщину двох шарів в пристрої OPV і відображає графік струму, що генерується в кожному шарі.

Приклад, про який йдеться на цій сторінці, можна відкрити, натиснувши кнопку «Нова симуляція» в головному вікні. Відкриється вікно переглядача нових симуляцій, показане на ??. Звідти двічі клацніть на «Створення сценаріїв і налаштування», щоб відкрити список прикладів автоматизації (??), а потім двічі клацніть на «Оптимізатор оптичного шару (перовськитні фотоелементи)», щоб відкрити приклад, на який є посилання тут.

3. Використання багатопараметричного оптимізатора

Після відкриття моделі перейдіть до інструменту сканування, який можна знайти на стрічці «Автоматизація». Натиснувши на піктограму «Сканування параметрів», ви побачите сканування, яке вже налаштовано та позначено як «Оптимізатор». Відкриття цього сканування відкриває вікно, показане на рисунку ??. На перший погляд, це вікно сканування виглядає ідентично вікнам сканування, описаним у попередньому розділі. Головна відмінність полягає в тому, що кнопка «Швидкий оптимізатор» активна. Коли цей режим увімкнено, окремі результати сканування не зберігаються на диску. Натомість відповідні показники моделювання збираються внутрішньо та записуються в єдину таблицю в кінці процесу оптимізації.

У цьому прикладі товщину (dy) шару перовськіту змінюють від 300 нм до 500 нм з кроком 10 нм, а товщину (dy) шару TiO2 – від 100 нм до 300 нм, також з кроком 10 нм. Спробуйте запустити моделювання. Після завершення моделювання за допомогою файлового менеджера перейдіть до каталогу моделювання та відкрийте папку під назвою «optimize». У цій папці ви знайдете CSV-файл під назвою «optimizer_output.csv». Відкривши цей файл у програмах Excel або LibreOffice, ви отримаєте таблицю, подібну до тієї, що показана на рисунку ??.

Якщо уважно розглянути рисунок 17.8, ви побачите, що перші дві колонки позначено як epitaxy.layer2.dy та epitaxy.layer1.dy. Це товщини шарів, які ми вирішили змінити у вікні сканування. Для кожного наступного шару в пристрої є дві колонки, позначені як layerX/light_frac_photon_generation та layerX/J. Вони відображають частку поглиненого світла в шарі та максимальний струм, який цей шар може генерувати, якщо все поглинене в шарі світло перетвориться на струм. Очевидно, що якщо світло поглинається в активному шарі, існує велика ймовірність того, що воно перетвориться на струм, однак, якщо світло поглинається в задньому металевому контакті, то ймовірність перетворення цього світла на електричний струм незначна. Якщо ви використовуєте інструменти сортування, що входять до складу Excel/LibreOffice, ви можете визначити, які структури пристрою генерують найбільший струм.