Головна Приклади Знімки екрана Інструкція користувача Логотип Bluesky. YouTube ☰
OghmaNano Мультифізична платформа для моделювання оптоелектронних пристроїв і фотонних систем. ЗАВАНТАЖИТИ Короткий посібник зі швидкого старту

Навчальний посібник зі створення моделі OPV: моделювання органічної сонячної батареї.

У цьому навчальному посібнику з моделювання органічних фотоелектричних перетворювачів (OPV) показано, як моделювати органічну сонячну батарею в OghmaNano. Органічні фотоелектричні пристрої є найпростішим класом пристроїв у цьому програмному забезпеченні та надають прямий спосіб вивчення моделювання характеристик струм-напруга (JV), ключових показників фотоелектричних пристроїв і базового моделювання пристроїв на основі дрейфу та дифузії, не розглядаючи спочатку двовимірні ефекти, міграцію іонів або випромінювання світла. Лише за кілька кроків ви зможете налаштувати пристрій P3HT:PCBM, запустити сканування характеристик JV і проаналізувати значення струму короткого замикання (JSC), напруги холостого ходу (VOC), коефіцієнта заповнення та ефективності. У бібліотеці прикладів також представлені інші системи матеріалів для OPV, зокрема PM6:Y6 і D18:L8-BO, які ви зможете вивчити, коли освоїте цю просту систему матеріалів — її часто називають «дрозофілою» в дослідженнях OPV.

Крок 1: Запустіть OghmaNano.

Запустіть OghmaNano з меню «Пуск» у Windows. Відкриється головне вікно OghmaNano, як показано на ??.

OghmaNano start window with options to create a new simulation, open a project, or access recent files
Вікно запуску OghmaNano. Створіть нову симуляцію, відкрийте наявний проєкт або перегляньте нещодавно використані файли.

Крок 2: Створіть нову модель.

Натисніть «Нова симуляція». Відкриється бібліотека доступних типів пристроїв, як показано на ??. Двічі клацніть значок «Органічні сонячні елементи» (у верхньому лівому куті), щоб відкрити папку з прикладами OPV. Ви побачите список попередньо налаштованих симуляцій, таких як сонячний елемент P3HT:PCBM (ефективність ≈ 4%), PM6:Y6 або D18:L8-BO, як показано на ??. Для цього навчального посібника виберіть сонячний елемент P3HT:PCBM (ефективність = 4%). Коли з’явиться відповідне повідомлення, збережіть симуляцію в папку, до якої у вас є доступ для запису.

💡 Порада: для досягнення найкращих результатів зберігайте дані на локальному диску, наприклад, на диску C:\. Моделювання, збережене в мережевих папках, на USB-накопичувачах або в хмарних сховищах (наприклад, OneDrive), може працювати повільно через велику кількість операцій читання/запису.

OghmaNano new simulation window listing device categories such as organic solar cells, OLEDs, OFETs, perovskites, ray tracing, and FDTD examples
Нове вікно моделювання містить бібліотеку типів пристроїв і прикладів проєктів. Двічі клацніть на значку, щоб відкрити попередньо налаштовану модель, наприклад, органічні сонячні елементи, OLED, OFET, перовськітні елементи, налаштування трасування променів або приклади FDTD. Завдяки цим шаблонам стає легше вивчати різні класи пристроїв, не створюючи кожну модель з нуля.
OghmaNano organic solar cell examples list showing devices such as P3HT:PCBM, PM6:Y6, and D18:L8-BO with power conversion efficiencies
У категорії «Органічні сонячні елементи» ви можете обрати з-поміж різноманітних попередньо розроблених структур пристроїв OPV. Кожен запис відповідає опублікованій або типовій архітектурі (наприклад, P3HT:PCBM, PM6:Y6, D18:L8-BO), а типові значення ефективності вказано в дужках. Подвійне клацання на одному з цих шаблонів відкриває готову до запуску симуляцію, яку ви можете змінювати, що допоможе вам дослідити, як матеріали активного шару та структура пристрою впливають на продуктивність.

Крок 3: Запустіть симуляцію.

Відкривається головне вікно (див. ??). Натисніть кнопку «Запустити моделювання» (синій значок відтворення) або натисніть клавішу F9. На повільніших комп’ютерах це може зайняти певний час. Використовуйте кнопки xy/yz/xz, щоб змінити кут огляду пристрою.

Main OghmaNano interface showing the Run Simulation button and a 3D cross-section of a solar cell stack with layers labelled ITO, PEDOT:PSS, P3HT:PCBM, and Al.
Основне ОгмаНано інтерфейс моделювання. У верхній частині розташована панель інструментів, яка забезпечує швидкий доступ до таких дій, як створення або відкриття моделей, експорт і запуск обчислювального модуля. На тривимірній панелі відображається структура пристрою, що складається з таких шарів: ITO, PEDOT:PSS, активний шар P3HT:PCBM і алюміній (Al) як задній контакт. Виділено Запустити моделювання. кнопка (або) F9) запускає обчислення.
OghmaNano Output tab displaying the simulation working directory with result files such as jv.csv, reflect.dat, snapshots, and input files.
Вкладка «Результати» в OghmaNano. У цьому вікні відображається робоча директорія для поточної симуляції, де можна побачити згенеровані файли результатів, такі як jv.dat (дані кривої залежності струму від напруги), reflect.dat (спектр відбиття), snapshots (профілі оптичного/електричного поля) та різні файли вхідних параметрів. Подвійне клацання по файлу відкриває його у відповідному переглядачі або редакторі.

Крок 4: Перегляньте графік залежності струму від напруги (В-А характеристику) та показники ефективності сонячної батареї.

Відкрийте. Результат / Вивід Перейдіть на вкладку, щоб переглянути файли, створені під час моделювання. Відкрити. jv.csv щоб переглянути поточну криву залежності щільності струму від напруги, яка також називається кривою «струм-напруга». Натисніть. г у вікні графіка можна ввімкнути або вимкнути сітку.

Під час аналізу кривої залежності струму від напруги (кривої «струм-напруга») зверніть увагу на такі ключові характеристики фотоелектричного перетворювача:

Разом із коефіцієнтом заповнення та ефективністю перетворення енергії, ці показники є стандартними критеріями, які використовуються для порівняння результатів моделювання та експериментів з органічними сонячними елементами.

Current density–voltage (JV) curve of an organic solar cell. The curve shows Jsc at negative bias, Voc at the zero-current intercept, and Pmax at the knee of the curve.
Приклад типової залежності щільності струму від напруги (АВХ) органічної сонячної батареї. Jsc (щільність струму короткого замикання) – це значення струму при нульовій прикладеній напрузі. Voc (напруга розімкнутого кола) – це напруга, при якій щільність струму падає до нуля. Pmax позначає робочу точку, в якій добуток щільності струму та напруги досягає максимуму, що відповідає максимальній вихідній потужності пристрою.

Чудово! Ви провели своє перше моделювання органічної фотоелектричної комірки та побудували її вольт-амперну характеристику.

Результати вашого моделювання.

Кожна симуляція генерує набір даних, які відображають різні аспекти поведінки пристрою – від необроблених кривих залежності струму від напруги та щільності заряду до оптичних спектрів, констант рекомбінації та знімків електричних або оптичних полів. Зазвичай ці файли мають формат звичайних CSV-файлів, які можна відкривати безпосередньо у вбудованих переглядачах OghmaNano або обробляти їх окремо (наприклад, для створення графіків у програмах Excel або Python). Найважливіші дані для базового дослідження органічних фотоелектричних перетворювачів наведено в таблиці 1 нижче.

Table 1: Files produced by the JV simulation
Назва файлу Опис
jv.csvЗалежність щільності струму від напруги (крива залежності струму від напруги)
файл charge.csvЗалежність щільності заряду від напруги.
device.datТривимірна модель пристрою
fit_data*.inpЕкспериментальні дані для наведеного прикладу пристрою (за наявності).
k.csvЗалежність параметра рекомбінації від напруги
reflect.csv / transmit.csvОптичне відбиття / пропускання
знімки/Електричні характеристики в різні моменти часу (залежно від зміщення/часу); див. ??.
оптичні знімки/Знімки оптичного поля/інтенсивності; див. ??.
sim_info.datПідсумок (VOC, акціонерне товариство, FF, η); див. ??.
кеш/Проміжний кешований об’єкт даних; див. ??.

👉 Наступні кроки: