钙钛矿太阳能电池（PSC）教程 第 C 部分：探索器件结构

在开始本节之前，请完成 第 A 部分 和 第 B 部分。

1. 编辑器件层

钙钛矿太阳能电池由多层薄膜堆叠构成——有些层用于收集或输运电荷，另一些层用于吸收光。 在 OghmaNano 中，可通过 Layer editor 编辑堆叠；它可在主窗口的 Device structure 选项卡下访问（见 ??）。 编辑器界面如 ?? 所示。

编辑器中的每一行对应一层，并包含可编辑字段：Layer name、Thickness、 Optical material 与 Layer type（例如 Active、Contact、Other）。 在本教程中，有源吸收层为 std_perovskite（文献平均的 MAPbI₃ 数据集）。

厚度是关键的设计参数。非常薄的吸收层（~50 nm）可最小化输运距离，但会漏掉部分光； 更厚的薄膜（~400 nm）可收集更多光子，但会增加载流子需要穿越的路径，从而提高 在被收集前发生复合的概率。因此性能会在某个中等厚度处达到峰值，而不是 随厚度无限增加——这一权衡是钙钛矿器件设计的核心。

3. 关于 Layer editor 的更多说明

Layer editor 用于定义仿真器所使用的堆叠结构。每一行是一层，每一列 控制该层在光学与电学上的行为。

• Layer name – 可读性名称（例如 FTO、TiO₂、Perovskite、Spiro、Au）。名称不影响物理。
• Thickness – 该层的物理厚度（单位在表格中显示，通常为 nm）。
• Optical material – 光学所用的 n/k 数据集（从数据库选择）。这与电学模型相互独立。
• Layer type – 告诉求解器如何处理该层：
  • Active：求解完整 drift–diffusion；可产生载流子并发生复合。
  • Contact：电极层，在其上施加边界条件（功函数、复合速度）。
  • Other：无源/输运层；参与光学与静电学，但不包含完整的产生–复合物理。

4. 哪些层应设置为 active？

原则上，只有同时支持 电子与空穴 且发生光生或复合的层 才需要标记为 Active。在最简钙钛矿电池中，这通常仅意味着将 Perovskite 吸收层设为 active，而输运层（例如 TiO₂ 与 Spiro）通常会保留为 无源层。FTO 与 Au 等接触层永远不应设为 active，因为它们仅作为电极。

然而，在本教程中，TiO₂（电子输运层）与 Spiro（空穴输运层） 也被标记为 Active。这样设置使你能够研究载流子在这些输运层中的运动， 而不是将它们视为理想电阻。这个区别很重要：它允许你捕捉钙钛矿中的输运相关 损失；而在 OPV 教程中，我们通常将输运层保持为 Other 以简化物理。

一般规则是：仅当你明确关注其输运性质，或关注阻挡接触、S 形 JV 曲线等现象时， 才将额外层设置为 active。否则，将 active 层数量保持在最少会 使仿真更快、结果更易解释。