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.
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.
- Назва шару – зрозуміла для людини позначка (наприклад, FTO, TiO₂, перовськит, спіро, Au). Назва не впливає на фізичні властивості.
- Товщина – фізична товщина шару (одиниці вимірювання вказано в таблиці, зазвичай – нанометри).
- Оптичний матеріал – набір даних n/k, який використовується в оптиці (обраний із баз даних). Він не залежить від електричної моделі.
- Тип шару – вказує, як слід обробляти цей шар.
- Активний режим: розв’язується повна система рівнянь переносу-дифузії; носії заряду можуть генеруватися та рекомбінувати.
- Контакт: електрод, до якого застосовуються граничні умови (робоча функція, швидкість рекомбінації).
- Інше: пасивні/транспортні шари; включені до розділів оптики та електростатики, але без повного охоплення фізики процесів генерації та рекомбінації.
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.