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 ??.
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.
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.
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:
- Jsc — густина струму короткого замикання, визначається як значення, де крива перетинає вісь струму при V = 0.
- VOC — напруга розімкнутого кола, яка визначається в точці перетину кривої з віссю напруги при J = 0.
- Pmax — робоча точка, в якій добуток напруги на струм досягає максимального значення.
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.
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.
| Назва файлу | Опис |
|---|---|
| jv.csv | Залежність щільності струму від напруги (крива залежності струму від напруги) |
| файл charge.csv | Залежність щільності заряду від напруги. |
| device.dat | Тривимірна модель пристрою |
| fit_data*.inp | Експериментальні дані для наведеного прикладу пристрою (за наявності). |
| k.csv | Залежність параметра рекомбінації від напруги |
| reflect.csv / transmit.csv | Оптичне відбиття / пропускання |
| знімки/ | Електричні характеристики в різні моменти часу (залежно від зміщення/часу); див. ??. |
| оптичні знімки/ | Знімки оптичного поля/інтенсивності; див. ??. |
| sim_info.dat | Підсумок (VOC, акціонерне товариство, FF, η); див. ??. |
| кеш/ | Проміжний кешований об’єкт даних; див. ??. |
👉 Наступні кроки:
- Перейдіть до розділу Частина B, щоб отримати більш детальну інструкцію з використання органічних фотоелектричних перетворювачів, зокрема інформацію про результати, шари пристрою та розширений аналіз.
- Поверніться до розділу « вступ до органічної електроніки», щоб отримати більш загальне уявлення про цю тему.