钙钛矿太阳能电池的 CELIV 模拟:第 B 部分
步骤 1:编辑斜坡速率
CELIV 实验依赖于 时间域编辑器。 时间域模拟使用该工具进行配置,可在 编辑器 窗口中通过点击 时间域编辑器 按钮访问 (??)。 第一个选项卡展示默认的时间域 J–V 扫描,用于模拟钙钛矿器件的迟滞 (??)。在该配置中,电压从 0 V 开始,向下扫描到负偏压,然后向上扫描到正偏压——这是时间域 J–V 迟滞模拟的标准设置。 然而,对于 CELIV,我们关注的不是迟滞扫描,而是 提取瞬态。通过点击 CELIV 选项卡,你可以切换到 CELIV 实验设置(??)。在这里,模拟配置为初始预偏置 +0.6 V,随后线性扫描下降到 –5 V,然后骤然返回到起始电压。 该实验也定义在暗条件下(无照明)。注意,时间域编辑器中的选项卡名称完全可编辑,因此你可以按需重命名。电压程序的参数可以直接使用窗口底部的表格进行修改。
在 OghmaNano 主窗口中,导航到 仿真类型 功能区 (??)。 你将看到与时间域编辑器相关的两个图标:钙钛矿 扫描 和 CELIV 扫描。它们与之前在时间域编辑器中定义的波形直接关联。 如果选择了 CELIV 按钮,求解器将运行 CELIV 瞬态; 如果启用的是 钙钛矿 按钮,求解器将执行时间域 J–V 扫描,如前所示。 需要注意的是,这些电压扫描始终施加到在 接触编辑器 中定义的 有源接触 上。 同样的原则适用于任何器件类型(例如 OFET、 OLED 或二极管)。作为练习,返回到时间域编辑器的 CELIV 选项卡, 将终止电压从 –5 V 改为 –6 V。然后重新运行模拟,并检查 提取瞬态如何被修改。下面的进一步引导任务将帮助你加深对 CELIV 分析的理解。
📝 自己试试:
- 打开 时间域编辑器 并切换到 CELIV 选项卡。
- 将 终止电压 从 –5 V 改为 –10 V。
- 重新运行模拟,并将新的 CELIV 瞬态与原始结果比较。 提取峰在时间与幅度上如何变化?
- 调整 斜坡长度 以使电压扫描更慢或更快。 观察这如何影响峰位置与宽度。
- 在 电学参数 编辑器中,将载流子迁移率降低一个数量级。 再次运行 CELIV ——较低迁移率如何改变峰时间?
- 现在提高迁移率数值(例如加倍),并记录其影响。 提取峰是否如预期那样更早出现?
- 在主窗口的光学功能区中,提高 光强 数值以模拟更强/更弱的照明。 观察更强的产生如何提高瞬态峰高度。
✅ 预期结果
- 终止电压:更负的终止电压会增强提取电场, 从而导致略高且更尖锐的峰。
- 斜坡长度:更慢的扫描(更长的斜坡)会将峰移到更晚的时间并 使其变宽;更快的扫描会使峰更早且更窄。
- 迁移率:较低迁移率会推迟峰(更大的 tmax), 而较高迁移率会使峰更早出现。这直接来自 CELIV 方程。
- 光强:提高照明会增加峰幅度,因为 会产生更多载流子。降低照明会抑制峰,并且在很低光强下 提取信号可能难以与电容基线区分。
这些趋势与 CELIV 理论一致,并提供了一种验证你的模拟 设置以及物理直觉的方法。