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 матеріал про перовськитні сонячні елементи (ПСЕ), частина C: вивчення конструкції пристрою.

Перш ніж розпочати цей розділ, виконайте завдання Частина A та Частина B.

1. Редагування шарів пристрою.

Main OghmaNano window with the Device structure panel; the Layer editor button is highlighted.
Відкрийте редактор шарів у панелі структури пристрою, щоб переглянути та відредагувати стек.
Layer editor table showing FTO, TiO₂, Perovskite (perovskites/std_perovskite), Spiro, and Au with thickness and layer type.
Структура перовськитного пристрою, використана в цьому навчальному посібнику: FTO (50 нм) / TiO₂ (200 нм) / Перовськит (400 нм; perovskites/std_perovskite) / Spiro (200 нм) / Au (100 нм). Встановіть перовськит як активний шар, щоб обчислювалися оптичні та електричні характеристики.

Перовськитні сонячні елементи мають структуру, що складається з кількох тонких шарів: деякі з них збирають або передають електричний заряд, інші поглинають світло. В OghmaNano структуру можна редагувати за допомогою редактора шарів, до якого можна отримати доступ з головного вікна у вкладці «Структура пристрою» (див. ??). Сам редактор показано на ??.

Кожен рядок в редакторі відповідає шару з полями, які можна редагувати: назва шару, товщина, оптичний матеріал і тип шару (наприклад, активний, контактний, інший). У цьому навчальному посібнику використовується активний поглинач std_perovskite (набір даних MAPbI₃, отриманий шляхом усереднення даних з наукової літератури).

Товщина є важливим конструктивним параметром. Дуже тонкі поглиначі (~50 нм) мінімізують відстань, яку мають подолати електрони, але пропускають частину світла; товстіші шари (~400 нм) поглинають більше фотонів, але збільшують шлях, який мають подолати носії заряду, що підвищує ймовірність рекомбінації до збору. Таким чином, оптимальні показники досягаються при проміжній товщині, а не при нескінченному збільшенні товщини – цей компроміс є ключовим у конструкції перовськитних пристроїв.

3. Детальніше про редактор шарів.

У редакторі шарів ви визначаєте структуру, яка використовується симулятором. Кожен рядок представляє шар, а кожен стовпець визначає, як цей шар поводиться з оптичної та електричної точок зору.

4. Які шари мають бути активовані?

Загалом, як активні слід позначати лише ті шари, які забезпечують переміщення як електронів, так і дірок, і в яких відбуваються фотогенерація або рекомбінація. У найпростішій перовськитній комірці це означатиме лише перовськитний поглинач, тоді як транспортні шари (наприклад, TiO₂ і Spiro) зазвичай залишаються пасивними. Контакти, такі як FTO та Au, ніколи не є активними, оскільки вони виконують лише функцію електродів.

Однак, у цьому навчальному посібнику TiO₂ (електронтранспортний шар) і Spiro (діркотранспортний шар) також позначено як «Активні». Така конфігурація дозволяє досліджувати, як носії заряду переміщуються через ці транспортні шари, а не розглядати їх як ідеалізовані резистори. Ця відмінність є важливою: вона дає змогу враховувати втрати, пов’язані з транспортуванням, у перовськітах, тоді як у навчальних матеріалах з органічної фотоелектрики ми зазвичай позначаємо транспортні шари як «Інші», щоб спростити фізичну модель.

Загалом, додаткові шари слід активувати лише тоді, коли ви зацікавлені в їхніх транспортних властивостях або в таких явищах, як блокування контактів чи S-подібні криві залежності струму від напруги. В іншому випадку, якщо кількість активних шарів буде мінімальною, це прискорить моделювання та полегшить інтерпретацію результатів.