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OghmaNano Simulate organic/Perovskite Solar Cells, OFETs, and OLEDs DOWNLOAD

大面积器件仿真 – 第 B 部分:运行扫描并解读电阻与电压损耗

步骤 1:运行扫描仿真

点击 运行仿真(蓝色三角形)或按 F9 开始扫描。终端输出将开始滚动(见 ??)。

扫描仿真过程中终端输出,显示求解节点 z 和 x 索引
在扫描过程中,OghmaNano 逐点遍历网格。求解器在计算从每个底部点到提取接触的有效电阻时,会报告节点索引(此处为 z 和 x)。

从物理角度看,其过程很简单:OghmaNano 将接触视为一个 3D 电阻网络。随后在底表面的 一个 网格点施加电压激励,求解电路,提取到顶部提取接触的有效电阻,并对下一个点重复该过程。

对于 40 × 40 的扫描,这意味着需要进行 40 × 40 = 1600 次独立的电路求解。这也是扫描可能需要较长时间的原因。你并不是在运行一次 JV 扫描;你是在运行许多小型直流求解以构建空间分布图。

💡 实用提示: 如果显著提高扫描分辨率,运行时间将大致随扫描点数量增加。更高分辨率可得到更平滑的分布图,但代价是时间。

步骤 2:理解电学网格

扫描分辨率由电学网格控制,该网格在 Electrical 选项卡中的 Electrical mesh 下定义(见 ??)。在本示例中,我们在 x–z 平面使用 40 × 40 个点。y 方向由层堆叠决定(即求解器根据你定义的层来确定垂直离散)。

电学网格编辑器,显示 x 和 z 方向各 40 个点
电学网格设置。40 × 40 通常是在空间分辨率与运行时间之间的良好折中,适合探索性工作。

作为粗略的参考:

步骤 3:扫描生成的输出文件

扫描结束后,转到 Output 选项卡。你应该会看到类似 ?? 中所示的文件。

OghmaNano 输出选项卡,列出 device.csv、electrical_links.csv、electrical_nodes.csv、spm_R.csv、spm_R_x.csv 和 Vlost_spm.csv
扫描运行生成的输出文件。关键结果是电阻分布图(spm_R.csv)、其切片(spm_R_x.csv)以及电压损耗分布图(Vlost_spm.csv)。
表 1:扫描接触仿真生成的关键文件
文件名 说明
electrical_links.csv3D 电路网格中的电阻连接(边)列表
electrical_nodes.csv3D 网格中的电路节点(位置与连通性)列表
spm_R.csv扫描探针显微(SPM)电阻分布图(有效电阻随位置变化)
spm_R_x.csv通过 spm_R.csv 的一维切片,显示器件横向电阻
Vlost_spm.csv由于接触电阻导致的各扫描点电压损耗(ΔV)估计值

步骤 4:查看电阻分布图与切片

器件电阻分布图,靠近提取条和金属网格处电阻较低
电阻分布图(spm_R.csv)。低电阻出现在提取条和 金属网格线附近;最高电阻通常出现在远离两者、位于单元深处的位置。
电阻切片曲线,显示远离接触电阻增大,并在金属线附近出现周期性下降
来自 spm_R_x.csv 的电阻切片。电阻随远离 提取边缘而增加,在切片靠近金属网格段处出现周期性下降。

双击 spm_R.csv 查看电阻分布图(见 ??)。颜色刻度表示每个底表面点与提取接触之间的有效电阻。

在本示例中,电阻量级为 欧姆,这是印刷接触中电流扩展的物理合理尺度。然而请注意,对许多器件而言,接近几十欧姆的数值并非无害:从有源区到外部接触存在 30–40 Ω 的路径,可能会显著降低有效填充因子(PV),或导致亮度不均匀(OLED)。

双击 spm_R_x.csv 查看分布图的一维切片(??)。该图使物理机制更加明确:

这是关键诊断:它不仅告诉你接触 有多糟,还告诉你 糟在哪里,从而指示需要何种几何/材料修改才能修正。

步骤 6:配置扫描(扫描探针显微编辑器)

你刚刚运行的扫描是通过 扫描探针显微(SPM)编辑器 配置的。你可以从编辑器功能区打开它(见 ??)。

编辑器功能区中突出显示扫描探针显微编辑器
打开 扫描探针显微 编辑器以配置扫描。
扫描探针显微编辑器配置,包含施加电压与扫描区域
SPM 扫描配置:施加电压与扫描区域。

配置窗口(??)允许你选择施加电压,以及扫描是否覆盖整个器件或某个子区域。当你只关注特定区域时,子区域有助于快速迭代。

步骤 7:编辑材料电阻率(以及其重要性)

为了探索设计权衡,你可以编辑每个导电层的电学参数。在 器件结构 选项卡中点击 电学参数 以打开电学参数编辑器(??)。在这里你可以输入自有材料的实测电阻率,并立即预测放大尺度后的接触行为。

电学参数编辑器,显示导电层的串联电阻率设置
电学参数编辑器:编辑诸如 PEDOT:PSS 等层的串联电阻率。

这种参数化探索正是建模的目的:在投入制备之前,你可以量化更好的聚合物、更密的网格或不同的提取布局,哪一种能带来最大的性能提升。

👉 下一步: 继续阅读 第 C 部分,编辑接触几何结构(网格间距、线宽、提取布局)并优化性能。