快速开始:在 J–V 仿真中使用太阳光谱
在本快速入门中,我们将使用 OghmaNano 的 太阳光谱生成器 生成的太阳光谱, 并将其作为光伏器件仿真的输入。通过将光谱导入仿真器, 我们可以运行 J–V 曲线,并直接比较器件在不同照明条件下的行为 (例如 AM1.5G、污染大气、上午与正午阳光)。
1. 引言:
在第 A 部分中,我们看到光谱如何随一天中的时间、季节、纬度和空气质量变化。 在本节中,我们将把这些光谱导入仿真器,以研究它们 对器件性能的影响。由于归一化缺陷已被修复,每个光谱现在都保留其绝对辐照度。 这意味着光谱的形状(例如气溶胶对紫外的抑制、水汽对红外的吸收) 和总强度都会影响 J–V 结果。
这种方法使我们能够回答一些实际问题,例如:
- 严重污染(高气溶胶光学厚度)如何降低光生电流?
- 在 J–V 曲线中可以看到哪些季节性或昼夜效应?
- 有机太阳能电池对光谱形状的敏感性与对总辐照度的敏感性相比如何?
通过将光谱直接链接到 J–V 仿真中, 我们在太阳辐照建模与器件性能分析之间架起了桥梁, 从而能够测试超出 AM1.5G 标准的真实工作条件。
2. 开始:
本教程直接延续上一节
(参见第 A 部分)。
在开始之前,请确保您已经完成该教程。
我们将假设您已经使用太阳光谱生成器生成了一个名为 Example 的新光谱。
在光学光谱编辑器中打开 example 光谱。
在本教程的这一部分中,我们的目标是创建一个
与标准 AM1.5G 参考明显不同的光谱。
为此,您可以调整任意输入参数——例如一天中的时间、日期、纬度、
大气水汽含量或气溶胶光学厚度。
在下面的示例中,
气溶胶光学厚度(AOD) 被设置为 7.0,
与 AM1.5G 相比,产生了明显更弱的
Iglobal 和 Idiffuse 分布
(见 ??)。
当您调整参数并生成新的光谱后,
点击 导出光谱 按钮将其保存到模型中。
该光谱将自动被重新导入到光学光谱编辑器中,
并以 Example 的名称添加。
这一过程可在
?? 中看到。
3. 运行基线仿真
在使用您生成的自定义太阳光谱之前, 让我们先运行一次基线电学仿真, 以确定器件当前的性能。 随后我们将把结果与使用新光谱的仿真进行比较。
jv.csv 或 jv.csv,取决于您的设置)以及 sim_info.dat。
记录器件的 VOC、JSC 和 填充因子,
作为基线结果。
4. 使用生成的光谱
现在我们将在器件仿真中使用您创建的光谱(例如 Example)。
打开 Optical 功能区并点击 Light Sources,
打开光源编辑器。
将光谱从 AM1.5G 更改为 example,
然后重新运行电学仿真。
最后,查看 jv.csv(或 jv.csv)
以及 sim_info.dat,
将更新后的 PCE、VOC 和 JSC
与基线结果进行比较。
jv.csv(或 jv.csv)以及 sim_info.dat,
查看 PCE、VOC 和 JSC 的变化。
📝 动手试一试
在 太阳光谱生成器 中使用您的 Example 光谱,
并改变下列参数。
每次更改后,点击 Calculate,然后 Export spectrum,
再次运行 J–V 仿真。
比较 PCE、VOC 和 JSC
相对于基线的变化。
- 增加气溶胶光学厚度(AOD):0.1 → 2.0 → 7.0。
- 改变水汽含量:从干燥(0.1 cm)到潮湿(5 cm)。
- 改变一天中的时间:从正午到傍晚。
- 改变纬度(例如 0° 赤道,50° 伦敦,70° 北极圈)。
- 改变气压/海拔:从海平面到 3000 m。
✅ 预期趋势
- AOD: 更高的气溶胶水平会散射并吸收更多光, 从而降低总辐照度。 Idirect 显著下降; Idiffuse 增加。 预计 JSC 和 PCE 整体降低。
- 水汽: 在近红外引入吸收带, 削弱对有机光伏重要的光谱区域, 导致 JSC 和效率小幅下降。
- 一天中的时间: 早晨/下午(更高空气质量) 会使光谱红移并降低总强度。 由于辐照度降低,Voc 可能略有下降。
- 纬度: 较高纬度平均空气质量更大, 导致辐照度降低并具有更强的季节变化。 赤道地区的光谱在各波长上更强且更均衡。
- 海拔: 在较高海拔处, 上方大气层更少, 这会增加直射辐照度并减少散射损失, 因此与海平面相比 JSC 增加。
这些效应说明了环境条件如何直接影响光伏器件性能。
你在本教程中学到的内容
- 如何在 OghmaNano 中使用 太阳光谱生成器 生成自定义太阳光谱。
- AM1.5G、Iglobal、Idirect 和 Idiffuse 光谱之间的差异。
- 环境条件(气溶胶、水汽、污染、一天中的时间、纬度)如何重塑光谱。
- 如何将光谱导出到 光学光谱编辑器 并作为仿真中的光源使用。
- 如何比较基线与自定义光谱下的 J–V 结果,并评估 PCE、VOC 和 JSC 的变化。
🎯 完成第 B 部分后, 您已经将太阳辐照建模与器件级性能联系起来, 从物理光谱过渡到光伏效率分析。