Навчальний посібник зі створення великих перовсKitних модулів, частина C: редагування геометрії та масштабування власної конструкції.
У частинах A і B ви відкрили приклад, створили схему, запустили моделювання та перевірили результати. В цій заключній частині ми відредагуємо геометрію пристрою та подивимося, як змінюється поведінка на рівні модуля. Основна ідея полягає в тому, що модуль є тривимірною моделлю схеми з фотогенерацією: немає нічого «магічного» в тому, що це перовськит, окрім оптичних властивостей, які ви призначаєте активній області.
Крок 1: Відкрийте редактор об’єктів.
У тривимірному режимі клацніть правою кнопкою миші на пристрої, як показано на ??, а потім натисніть «Редагувати об’єкт». Відкриється вікно редактора об’єктів, показане на ??.
Крок 2: Оптичні матеріали та фотонна ефективність.
У розділі «Оптика» редактора об’єкта (??) ви побачите поточне призначення оптичного матеріалу. У цьому прикладі воно встановлено на perovskites/std_perovskite.
Цей «стандартний перовськит» має слугувати репрезентативним зразком: на практиці, опубліковані значення оптичних констант для матеріалів типу MAPI/MAPbI3 різняться в різних джерелах (через різні методи обробки, вимірювання, підходи до аналізу даних тощо). Використання усередненого/репрезентативного спектра поглинання дозволяє отримати обґрунтовану стандартну модель поведінки, не обмежуючись одним конкретним набором даних.
Ви можете змінити оптичний матеріал, натиснувши кнопку «…», що розташована поруч із полем «оптичний матеріал». Зверніть увагу, що, хоча це приклад «перовсцитного модуля», рушій моделювання тут, по суті, є схемною моделлю + фотогенерацією. Якщо ви зміните коефіцієнти поглинання, ніщо не завадить вам перетворити це на інший тип пристрою (наприклад, органічний поглинач) і дослідити, як він поводиться при збільшенні масштабу.
🧪 Завдання: Замініть матеріал, що поглинає.
- Відкрийте редактор об’єктів (??).
- У розділі «Оптичні матеріали» натисніть ... і виберіть органічний поглинач із вашої бази даних матеріалів.
- Відновіть структуру схеми (вкладка «Схема» → значок «Оновити») і повторно запустіть моделювання.
- Порівняйте криві залежності струму від напруги для з’єднаного пристрою з кривими для початкового матеріалу на основі перовськіту. Який параметр найбільше впливає на зміни: \(J_\mathrm{SC}\), \(V_\mathrm{OC}\) чи форма кривої?
Крок 3: Що означають основні геометричні параметри.
Редактор об’єктів містить компактний набір параметрів, які визначають як геометрію об’єкта, так і те, як він бере участь в електричній сітці:
- Тип об’єкта = Активний: це означає, що об’єкт є електрично активним і братиме участь в електричній схемі. Для області поглинання потрібно встановити значення «Активний», інакше він не впливатиме на електричну модель.
- Зміщення (x, y, z): положення об’єкта в просторі. Це точка, з якої об’єкт «починає» відлік у глобальній системі координат.
- розміри за осями x, y, z (dx, dy, dz): фізичні розміри об’єкта. Зверніть увагу, що розмір за віссю y зазвичай значно менший за розміри за осями x і z, оскільки це структура у вигляді тонкої плівки.
- Кількість об’єктів: це функція копіювання. Ви визначаєте один об’єкт (один набір параметрів/матеріалів), а OghmaNano створює його точні копії, розміщуючи їх у різних точках простору. Саме це нам потрібно для багатопальцевого модуля: всі пальці мають однакові параметри, але повторюються по всій площі пристрою. Важливий момент полягає в тому, що якщо ви редагуєте базовий об’єкт, ви редагуєте всі створені копії пальців.
У цьому прикладі область поглинання дублюється таким чином, щоб модуль містив п’ять сегментів. Якщо ви зміните кількість об’єктів з 5 на 4, тривимірне зображення має оновитися, щоб відобразити на один менше повторюваних сегментів (після перебудови сітки / оновлення зображення, якщо це необхідно).
Крок 4: Зменште кількість пальців у модулі з п’яти до трьох.
Зараз ми внесемо контрольовану зміну в геометрію: зменшимо кількість пальців з п’яти до трьох. Це хороший «стрес-тест», оскільки він змушує вас редагувати як геометрію, так і точки контакту, а потім перевіряти, чи залишається сітка схеми з’єднаною.
Очікуваний результат – створення сітчастої структури, яка візуально нагадуватиме ??.
Крок 5: Усунення несправностей у з’єднаннях сітки (можливі проблеми)
Як тільки ви почнете редагувати геометрію, дуже легко створити незначну проблему з’єднання: проміжок, відсутність перекриття або область, яка фактично не пов’язана з електричною схемою. Приклад такого типу проблеми показано на ??, де видно проміжок, і, отже, відсутній шлях з’єднання між однією та іншою областями пристрою.
Найважливіше те, що якщо ви створили розімкнутий контур, програма може все одно намагатися виконати ітерації, і ви можете спостерігати незвичайну поведінку під час збігання, але результати не матимуть фізичного сенсу. Найшвидший спосіб усунути цю проблему – просто перебудувати сітку та візуально її перевірити. Якщо сітка з’єднана, а контакти розташовані там, де ви очікуєте, то моделювання зазвичай працює належним чином.
💡 Правило налагодження: якщо структура електричної схеми правильна, то результат розв’язання зазвичай буде задовільним. Якщо структура електричної схеми неправильна, то результат розв’язання не варто аналізувати. Завжди ретельно перевіряйте структуру після внесення змін до геометрії.
Що робити далі?
Тепер у вас є основний робочий процес: почніть із набору параметрів для невеликого пристрою (матеріали + опори), створіть геометрію модуля, згенеруйте сітку схеми, запустіть симуляцію та проаналізуйте характеристики струму на напівпровідниковому переході/контактному струмі та зв’язок елементів сітки.
👉 Наступний крок: спробуйте покращити якість зображення на власному пристрої.
Знайдіть параметри одного зі своїх невеликих пристроїв (наприклад, питомий опір електродів/контактів, параметри діода та оптичні константи поглинача), введіть їх у модель і запустіть ту саму геометрію модуля. Потім запитайте: який фактор стає обмежувальним при збільшенні масштабу? У багатьох випадках це не внутрішня «ефективність елемента», а ефекти, пов’язані з масштабом модуля, такі як бічна провідність електродів, контактний опір або залежність струму від геометрії.
Чудово! Ви успішно завершили навчальний модуль з перовськиту, який включав редагування геометрії, перебудову сітки схеми та перевірку з’єднань 🎉
👉 Наступні кроки:
- Поверніться до посібника з моделювання перовсцитної сонячної батареї, щоб переглянути повний огляд навчального матеріалу.