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JV 编辑器(稳态仿真编辑器)

1. 输入

如果你点击仿真编辑器功能区中的 JV 编辑器图标(??), 将会打开 JV 编辑器窗口(??)。JV 编辑器用于配置稳态电流–电压仿真。 它会从定义的起始电压到终止电压施加一个电压扫描斜坡,而不论器件是太阳能电池、OFET 或其他结构。

仿真编辑器功能区,其中 JV 编辑器图标被高亮显示。
从仿真编辑器功能区打开 JV 编辑器。

你可以设置起始电压、终止电压和步长。JV 电压步进乘子 会在每次递增后缩放步长。默认值为 1.0(不增长)。 将该乘子设置为略高于 1.0 可以减少步数并加快仿真速度, 但远大于 1.05 的数值可能会导致收敛问题。

JV 编辑器窗口,包含起始/终止电压、步长、步进乘子、使用外部电压作为终止值以及输出控制等字段。
用于配置稳态电流–电压仿真的 JV 编辑器窗口。
参数 说明
Start voltage电压扫描的起始偏置(V)。
Stop voltage电压扫描的终止偏置(V)。
Voltage step相邻偏置点之间的增量(V)。
JV voltage step multiplier在每个点之后缩放步长。取值 > 1 会在扫描过程中增大步长(适用于大范围扫描);过大的数值可能影响收敛。
Use external voltage as stop选择终止判据。On 时,使用器件的外部电压(包含串联/并联电阻之后)。Off 时,使用内部二极管电压。
Maximum current density当电流密度达到该阈值时终止扫描(A·m−2)。
Single point计算单个工作点而不是完整的 JV 扫描。
JV curve photon generation efficiency施加到光学生成率上的乘子;可用于考虑 geminate 复合。
Charge carrier generation model选择光学求解器(例如 Transfer MatrixRay Tracing)。
Smooth the EQE spectra在使用前对 EQE 进行平滑处理(用于某些 2D OFET 仿真)。
Output verbosity to disk控制快照写盘(能带、载流子、生成率)。可选择不写、仅关键结果、写全部,或每隔 n 个步写一次全部。
Dump trap distribution将陷阱态密度分布(DoS)写入磁盘。
Save parameter sweepssweep 目录中保存汇总指标(平均复合、载流子密度、俘获载流子等)。

2. 输出

仿真文件

JV 仿真生成的文件
文件名 说明 备注
charge.dat 电荷密度随电压变化
jv.dat 电流–电压曲线
k.csv 复合常数 k
sim_info.dat 仿真摘要(计算得到的 \(V_{oc}\)、\(J_{sc}\) 等);见 §4.1.4

仿真目录

JV 仿真写出的目录
目录 说明 备注
snapshots/ 每个仿真步的空间分布数据,用于关键器件参数(例如导带、价带、电势、载流子密度、生成与复合速率)。
sweep/ 作为仿真步函数的空间积分(器件平均)指标(例如总/平均复合速率、平均载流子密度、俘获载流子密度)。

这些输出可通过在仿真编辑器中调整 Output verbosity to disk(以及对汇总指标启用 Save parameter sweeps)来启用。

sim_info.dat

这是一个包含所有关键仿真指标(例如 \(J_{sc}\)\(V_{oc}\))的 json 文件,下面给出一个 sim_info.dat 示例文件:

符号 JSON token 含义 单位 公式 Ref
\(FF\) ff 填充因子 au
\(PCE\) pce 功率转换效率 %
\(P_{max}\) P_max 最大功率点处的功率 W
\(V_{oc}\) V_oc 开路电压 V
\(voc_{R}\) voc_R \(P_{max}\) 处的复合速率
\(jv_{voc}\) jv_voc \(V_{oc}\) 处的 JV 数据点
\(jv_{pmax}\) jv_pmax \(P_{max}\) 处的 JV 数据点
\(voc_{nt}\) voc_nt \(V_{oc}\) 处的俘获电子密度 m\(^{-3}\)
\(voc_{pt}\) voc_pt \(V_{oc}\) 处的俘获空穴密度 m\(^{-3}\)
\(voc_{nf}\) voc_nf \(V_{oc}\) 处的自由电子密度 m\(^{-3}\)
\(voc_{pf}\) voc_pf \(V_{oc}\) 处的自由空穴密度 m\(^{-3}\)
\(J_{sc}\) J_sc 短路电流密度 A m\(^{-2}\)
\(jv_{jsc}\) jv_jsc \(J_{sc}\) 处的平均电荷密度 m\(^{-3}\)
\(jv_{vbi}\) jv_vbi 内建电压 V
\(jv_{gen}\) jv_gen 平均生成速率
\(voc_{np}\) voc_np \(V_{oc}\) 处的载流子密度乘积
\(j_{pmax}\) j_pmax \(P_{max}\) 处的电流 A m\(^{-2}\)
\(v_{pmax}\) v_pmax \(P_{max}\) 处的电压 V
符号 JSON token 含义 单位 公式 Ref
\(\mu_{jsc}\) mu_jsc \(J_{sc}\) 处的平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^{geom}_{jsc}\) mu_geom_jsc \(J_{sc}\) 处的几何平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^{geom\_micro}_{jsc}\) mu_geom_micro_jsc \(J_{sc}\) 处的几何微观平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu_{voc}\) mu_voc \(V_{oc}\) 处的平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^{geom}_{voc}\) mu_geom_voc \(V_{oc}\) 处的几何平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\) \(\sqrt{\langle\mu_e\rangle \langle\mu_h\rangle}\)
\(\mu^{geom\_avg}_{voc}\) mu_geom_micro_voc \(V_{oc}\) 处的几何微观平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\) \(\langle\sqrt{\mu_e \mu_h}\rangle\)
\(\mu^e_{pmax}\) mu_e_pmax \(P_{max}\) 处的平均电子迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^h_{pmax}\) mu_h_pmax \(P_{max}\) 处的平均空穴迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
\(\mu^{geom}_{pmax}\) mu_geom_pmax \(P_{max}\) 处的几何平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\) \(\sqrt{\langle\mu_e\rangle \langle\mu_h\rangle}\)
\(\mu^{geom\_micro}_{pmax}\) mu_geom_micro_pmax \(P_{max}\) 处的几何微观平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\) \(\langle\sqrt{\mu_e \mu_h}\rangle\)
\(\mu_{pmax}\) mu_pmax \(P_{max}\) 处的平均迁移率 m\(^2\) V\(^{-1}\) s\(^{-1}\)
符号 JSON token 含义 单位 公式 Ref
\(\tau_{voc}\) tau_voc \(V_{oc}\) 处的复合时间 s \(R=(n-n_0)/\tau\)
\(\tau_{pmax}\) tau_pmax \(P_{max}\) 处的复合时间 s \(R=(n-n_0)/\tau\)
\(\tau^{all}_{voc}\) tau_all_voc \(V_{oc}\) 处的复合时间(所有载流子) s \(R=n/\tau\)
\(\tau^{all}_{pmax}\) tau_all_pmax \(P_{max}\) 处的复合时间(所有载流子) s \(R=n/\tau\)
\(\theta_{srh}\) theta_srh \(\theta_{SRH}\) 在 \(P_{max}\) 处的收集系数 au p.100 5.2a