钙钛矿/有机器件教程 – SCLC 仿真

1. 简介

空间电荷限制电流（SCLC） 出现在器件中的电流受注入载流子输运限制，而非受载流子产生限制的情况下。在该工作区间内，电流密度遵循 Mott–Gurney 定律：

\( J = \frac{9}{8} \, \varepsilon \mu \, \frac{V^2}{L^3} \)

其中 ε 为介电常数，μ 为载流子迁移率，V 为外加电压， L 为器件厚度。在实验上，SCLC 是提取有机和钙钛矿半导体中载流子迁移率和陷阱密度最常用的方法之一。

启动 OghmaNano 并打开 新建仿真 窗口（??）。选择 SCLC 二极管 模板（如果不存在，则选择通用钙钛矿二极管，并将电极配置为仅空穴或仅电子输运）。该设置会建立一个由注入载流子主导电流的简单测试器件。

将 仿真类型 切换为 JV 曲线。将电压范围设置为 0 到数伏（例如 0–5 V）。点击 运行仿真（蓝色播放按钮）或按 F9。仿真完成后，打开输出选项卡并绘制 jv.csv （??）。

在 J–V 的对数–对数图中，SCLC 区域表现为斜率约为 2。通过该曲线可以应用 Mott–Gurney 定律来估算载流子迁移率。如果引入陷阱，斜率将偏离 2，从而可以估计陷阱密度及其能量分布。

在 0–5 V 范围内运行 JV 仿真。以对数–对数坐标重新绘制，并识别斜率约为 2 的区域。

预期现象

SCLC 区域在对数–对数空间中表现为斜率 ≈ 2 的直线。在该区域以下，电流受注入限制；在该区域以上，串联电阻可能占主导。

在 电学参数 中，将载流子迁移率分别增加和减少 ×10。重新运行仿真并叠加曲线。

预期现象

J–V 曲线会随迁移率成比例地在纵向上移动。迁移率越高 → 在相同电压下电流越大，而二次斜率保持不变。

在 电学参数 中启用陷阱态（例如高斯或指数尾态）。比较有无陷阱情况下的 JV 曲线。

预期现象

引入陷阱后，对数–对数空间中的斜率会偏离 2（通常在 2 到 4 之间）。起始电压向更高电压移动，表明载流子收集效率降低。