 |
یک سلول خورشیدی با نقاط کوانتومی InAs تعبیه شده در چاه‌های کوانتومی AlGaAs/GaAs
این مثال یک رویکرد تقریبی برای مدلسازی یک سلول خورشیدی نقطه‌ای را نشان می‌دهد که توسط آساهی و دیگران در مقاله مرجع توضیح داده شده است. چاه‌های کوانتومی و لایه‌های نقاط کوانتومی هر کدام به عنوان سطوح انرژی توده‌ای در شکاف باند در نظر گرفته می‌شوند. نویسندگان انتقال بین سطوح نقطه/چاه و نوارهای انرژی را مشخص می کنند. بخش پیوسته چگالی جریان در غیر این صورت توسط چاه ها و نقاط مانع نمی شود. این توصیف معادل ویژگی تله گذاری در رابط نیمه هادی است، بنابراین برای مدل سازی چاه ها و نقاط در این مثال استفاده می شود. روند محاسبه شده جریان نوری و اشغال حالات نقاط کوانتومی به خوبی با نتیجه نشان داده شده در مقاله مطابقت دارد.
معرفی
در Ref. 1 ، آساهی و همکاران. فرآیند تولید جریان نوری در یک سلول خورشیدی نقطه‌در چاه را با تابش دو لیزر در طول موج‌های مختلف برای بررسی جذب فوتون دو مرحله‌ای در دستگاه مورد مطالعه قرار داد. سلول خورشیدی از ساختار پین Al 0.3 Ga 0.7 As تشکیل شده است. منطقه ذاتی علاوه بر این شامل 10 واحد تکراری است که هر واحد شامل یک چاه کوانتومی GaAs (QW) و لایه‌ای از نقاط کوانتومی InAs (QD) است که در QW جاسازی شده‌اند. نویسندگان یک رفتار اشباع جریان نوری را با توجه به شدت لیزر مشاهده کردند و از یک مدل ساده برای توضیح این رفتار استفاده کردند. در اینجا نشان می دهیم که چگونه می توان این نوع مدل را با استفاده از ماژول نیمه هادی ساخت.
تعریف مدل
رویکرد مدلسازی نویسندگان این است که QW و QD را به عنوان سطوح انرژی یکپارچه در نظر بگیرند. انتقال بین این سطوح و باندهای هدایت/ ظرفیت با طول عمر یا نرخ های ساده به صورت یک طرفه توصیف می شود (بدون تعادل دقیق). به غیر از این انتقال ها، جریان جریان در باندهای انرژی تحت تأثیر QW و QD قرار نمی گیرد. همچنین یک انتقال از QW به QD مشخص شده توسط نویسندگان وجود دارد. به شکل 6 در Ref. 1 برای خلاصه ای از مدل آنها.
این توصیف از سیستم اساساً مشابه در نظر گرفتن در رابط نیمه هادی، یک ساختار عمده Al 0.3 Ga 0.7 به عنوان پین با چند لایه تله در ناحیه ذاتی است، جایی که سطوح انرژی تله نشان دهنده لایه های QW و QD است. انتقال های تک جهتی را می توان با صفر کردن احتمالات Carrier Capture و استفاده از گزینه Additional Carrier Capture Rate برای تعیین نرخ های یک طرفه پیاده سازی کرد. انتقال از QW به QD را می توان با استفاده از ویژگی Transition Between Discrete Levels پیاده سازی کرد . برای به حداقل رساندن انتقال معکوس از QD به QW، اختلاف انرژی زیادی بین دو سطح تله استفاده می شود.
برای سادگی، تنها دو واحد تکراری در این مثال پیاده سازی شده است. لایه‌های بافر زیرلایه اضافی نیز نادیده گرفته می‌شوند. مش پیش‌فرض برای استفاده از فاصله درشت‌تر در مناطق با گرادیان‌های بسیار کوچک اصلاح شده است تا خطای گرد کردن به حداقل برسد. در مطالعه 1، از روش غیرخطی سگ دوگانه برای کمک به همگرایی استفاده شده است.
برای بحث های دقیق تر در مورد ساخت مدل، فرآیندهای راه حل، و تجسم نتیجه، به نظرات بخش دستورالعمل های مدل سازی مراجعه کنید.
نتایج و بحث
شکل 1 جریان نور را به عنوان تابعی از نور 780 نانومتری نشان می‌دهد در حالی که نور 1300 نانومتری را در چند مقدار ثابت نگه می‌دارد تا با شکل 7(a) در Ref مقایسه شود. 1 . روند کیفی اشباع در شدت بالاتر نور 780 نانومتر برای سطح بالاتر نور 1300 نانومتر به خوبی بازتولید شده است.
شکل 1: جریان نوری به عنوان تابعی از نور 780 نانومتری در حالی که نور 1300 نانومتری را در چند مقدار ثابت نگه می دارد.
شکل 2 اشغال حالت های QD مربوط به شرایط نشان داده شده در شکل 1 را ترسیم می کند تا با شکل 7(b) در Ref مقایسه شود. 1 . روند کیفی نیز به خوبی بازتولید شده است.
شکل 2: اشغال حالت های QD مطابق با شرایط نشان داده شده در شکل 1 .
شکل 3 جریان نور را به عنوان تابعی از نور 1300 نانومتری نشان می‌دهد در حالی که نور 780 نانومتری را در چند مقدار ثابت نگه می‌دارد تا با شکل 7(c) در Ref مقایسه شود. 1 . روند کیفی نیز به خوبی بازتولید شده است.
شکل 3: جریان نوری به عنوان تابعی از نور 1300 نانومتری در حالی که نور 780 نانومتری را در چند مقدار ثابت نگه می دارد.
شکل 4 اشغال حالت های QD مربوط به شرایط نشان داده شده در شکل 3 را ترسیم می کند تا با شکل 7(d) در Ref مقایسه شود. 1 . روند کیفی نیز به خوبی بازتولید شده است.
شکل 4: اشغال حالت های QD مطابق با شرایط نشان داده شده در شکل 3 .
منابع
1. S. Asahi، H. Teranishi، N. Kasamatsu، T. Kada، T. Kaizu و T. Kita، “تولید جریان عکس دو مرحله ای اشباع پذیر در سلول های خورشیدی باند متوسط شامل InAs کوانتومی جاسازی شده در Al$_{0.3 }$Ga$_{0.7}$ As/GaAs Quantum Wells» در IEEE Journal of Photovoltaics، جلد. 6، نه 2، ص 465-472، مارس 2016، doi: 10.1109/JPHOTOV.2015.2504796.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_نیمه هادی/دستگاه های_فوتونیکی_و_سنسورها/نقطه_در_چاه_سلول_خورشیدی
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، از هندسه 1 بعدی برای مدلسازی سلول خورشیدی نقطه در چاه استفاده کنید. |
2 |  روی 1D کلیک کنید . |
3 | در درخت انتخاب فیزیک ، Semiconductor>Semiconductor (نیمه) را انتخاب کنید . |
4 | روی افزودن کلیک کنید . |
5 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
معمولاً شروع مطالعه اول با یک مرحله مطالعه تعادل نیمه هادی که راحت تر همگرا می شود و شرایط اولیه خوبی را برای مراحل مطالعه بعدی فراهم می کند، تمرین خوبی است.
6 | در درخت مطالعه انتخاب ، مطالعات از پیش تعیین شده برای واسط های فیزیک انتخاب شده > تعادل نیمه هادی را انتخاب کنید . |
7 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
واحد طول را روی یک واحد مناسب، در این مدل، نانومتر تنظیم کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، nm را انتخاب کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1 – هندسه و QW، QD
ابتدا پارامترهای مدل را در چند گره پارامتری برای هندسه و چاه کوانتومی (QW) و نقطه کوانتومی (QD) وارد کنید. این پارامترها را از منوی کشویی پارامتر Sweep Auxiliary پنهان کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، پارامترهای 1 – Geometry & QW, QD را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش Visibility کلیک کنید . تیک گزینه Show in parameter selections را پاک کنید . |
در این مثال، QW و QD به عنوان سطوح تله مدلسازی شده‌اند تا با رویکرد شبیه‌سازی اتخاذ شده توسط نویسندگان مقاله مرجع مطابقت داشته باشند. به دنبال آن رویکرد، جایی که QW و QD سطوح انرژی “مجموعه” در نظر گرفته می شوند، سطوح تله QW و QD همان وسعت فضایی را در این مدل خواهند داشت که توسط پارامتر t_well ارائه شده است . پارامتر t_dot فقط برای محاسبات جذب نوری استفاده می شود. انتقال از QW به QD یک طرفه (بدون تحریک از QD به QW) در مقاله در نظر گرفته شده است. برای دستیابی به این اثر، در تعریف پارامتر DeltaE_dot ، از یک شکاف انرژی بزرگ 600 مگا ولت برای جداسازی سطوح تله مربوطه در این مدل استفاده شده است.برخی از پارامترها در مقاله مشخص نشده اند و مقادیر حدس زدن استفاده شده و در توضیحات نشان داده شده است.
4 | قسمت Parameters را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
حوزه | 1[cm^2] | 1E-4 متر مربع | سطح مقطع |
خوب | 16[nm] | 1.6E-8 متر | ضخامت QW |
t_dot | 4[nm] | 4E-9 متر | ضخامت موثر QD |
t_unit | t_well+50[nm] | 6.6E-8 متر | ضخامت واحد تکرار شونده |
tau_welltodot | 0.3[ns] | 3E-10 s | طول عمر انتقال از QW به QD |
alpha_well | 7000[cm^-1] | 7E5 1/m | ضریب جذب QW |
آلفا_نقطه | 1000[cm^-1] | 1E5 1/m | ضریب جذب QD |
N_dot | 2e10[cm^-2]/t_well | 1.25E22 1/m³ | چگالی موثر حالات QD |
N_خب | N_dot*10 | 1.25E23 1/m³ | چگالی حدس زده ایالت های QW |
tau_thermal | 50[ms] | 0.05 ثانیه | طول عمر تحریک حرارتی از QW تا باند رسانایی |
your_dot | 1[ms] | 0.001 ثانیه | طول عمر انتقال از QD به باند ظرفیت |
tau_well | 10[ns] | 1E-8 p | طول عمر حدس زده انتقال از QW به باند ظرفیت |
T0 | 300[K] | 300 K | درجه حرارت |
پنجم | k_B_const*T0/e_const | 0.025852 V | ولتاژ حرارتی |
gD | 1 | 1 | عامل انحطاط |
DeltaE_well | 220 [mV] | 0.22 V | سطح QW موثر از لبه نوار هدایت |
DeltaE_dot | 600[mV]+DeltaE_well | 0.82 V | سطح QD موثر از لبه نوار هدایت |
گاما | 1/tau_thermal*gD*exp(DeltaE_well/Vth) | 99281 1/s | نرخ انتقال حدس زده از باند هدایت به QW |
پارامترهای 2 – Swept
1 | در نوار ابزار Home ، روی  پارامترها کلیک کنید و Add>Parameters را انتخاب کنید . |
پارامترهایی را که در جاروی کمکی استفاده می شود وارد کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، پارامترهای 2 – Swept را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Parameters را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
V0 | 0 [V] | 0 V | ولتاژ بایاس |
P0_780 | 0[mW/cm^2] | 0 وات بر متر مربع | قدرت ورودی نور 780 نانومتر |
P0_1300 | 0[mW/cm^2] | 0 وات بر متر مربع | توان ورودی نور 1300 نانومتر |
پارامترهای 3 – نوری
1 | در نوار ابزار Home ، روی  پارامترها کلیک کنید و Add>Parameters را انتخاب کنید . |
پارامترهای انتقال نوری را وارد کنید و همچنین آنها را از منوی کشویی پارامتر sweep Auxiliary پنهان کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، پارامترهای 3 – Optical را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش Visibility را پیدا کنید . تیک گزینه Show in parameter selections را پاک کنید . |
4 | قسمت Parameters را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
alpha_780 | exp(-alpha_well*t_well) | 0.98886 | کسری از نور 780 نانومتری باقی مانده پس از جذب توسط یک QW |
hv_780 | h_const*c_const/780[nm] | 2.5467E-19 J | انرژی یک فوتون 780 نانومتری |
P1_780 | P0_780/hv_780*(1-0.33) | 0 1/(m²·s) | شار فوتون 780 نانومتری که پس از 33 درصد بازتاب سطحی وارد اولین QW می شود |
P2_780 | P1_780*alpha_780 | 0 1/(m²·s) | شار فوتون 780 نانومتری که پس از جذب توسط اولین QW وارد QW دوم می شود |
G1_780 | P1_780*(1-alpha_780)/t_well | 0 1/(m³·s) | نرخ تولید در QW 1 به دلیل نور 780 نانومتر |
G2_780 | P2_780*(1-alpha_780)/t_well | 0 1/(m³·s) | نرخ تولید در QW 2 به دلیل نور 780 نانومتر |
hv_1300 | h_const*c_const/1300[nm] | 1.528E-19 J | انرژی یک فوتون 1300 نانومتری |
P1_1300 | P0_1300/hv_1300*(1-0.298) | 0 1/(m²·s) | شار فوتون 1300 نانومتری وارد اولین لایه QD پس از 29.8 درصد بازتاب سطح |
هندسه را با 2 واحد تکراری ساختار نقطه در چاه بسازید. 10 واحد تکراری در مقاله وجود دارد. در این مدل روش را با 2 واحد نشان می دهیم. برخی از لایه های زیرلایه نیز به دلیل سادگی نادیده گرفته شده اند.
هندسه 1
فاصله 1 – بالا
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Interval را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، فاصله 1 – بالا را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Interval را پیدا کنید . از لیست Specify ، Interval lengths را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Left endpoint ، -150-540 را تایپ کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
طول (NM) |
150 |
540 |
فاصله 2 – واحد 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Interval را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، فاصله 2 – 1st unit را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Interval را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مختصات (NM) |
0 |
خوب |
t_unit |
4 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، 1st unit را در قسمت متن Name تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
آرایه 1 – همه واحدها
1 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Transforms>Array را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات آرایه ، آرایه 1 – همه واحدها را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input را پیدا کنید . از لیست اشیاء ورودی ، واحد اول را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Size را پیدا کنید . در قسمت متن Size ، 2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن x ، t_unit را تایپ کنید . |
فاصله 3 – پایین
1 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Interval را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، فاصله 3 – پایین را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Interval را پیدا کنید . از لیست Specify ، Interval lengths را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Left endpoint ، 2*t_unit را تایپ کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
طول (NM) |
200 |
700 |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مواد AlGaAs را از کتابخانه داخلی اضافه کنید و کسر مول Al را روی 0.3 تنظیم کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Semiconductors>Al(x)Ga(1-x)As – Aluminium Gallium Arsenide را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
Al(x)Ga(1-x)As – آلومینیوم گالیم آرسنید (mat1)
1 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
2 | زیربخش Local properties را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح | گروه اموال |
ایکس | 0.3 | پایه ای |
انتخاب دامنه برای QW و QD را تعریف کنید تا بعداً استفاده شود.
تعاریف
چاه/نقطه اول
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، 1st well/dot را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
چاه/نقطه دوم
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، 2nd well/dot را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید. |
همه چاه ها / نقطه ها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، همه چاه‌ها/نقطه‌ها را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، 1st well/dot را در لیست Selections to add انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
7 | در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، دومین چاه/نقطه را در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن انتخاب کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . |
دوپینگ، کنتاکت های فلزی، و سطوح انرژی تله گسسته را که نشان دهنده QW و QD هستند تنظیم کنید. برای انتقال از QW به QD از ویژگی Transition Between Discrete Levels استفاده کنید . از گزینه «نرخ ضبط حامل اضافی» برای انتقال‌های دیگر استفاده کنید. این گزینه برای انتقال های دلخواه یک طرفه مانند آنچه در مقاله اتخاذ شده است راحت تر است.
نیمه هادی (نیمه)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Semiconductor (Semi) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نیمه هادی ، بخش سطح مقطع را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن A ، ناحیه را تایپ کنید . |
مدل تحلیلی دوپینگ 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش ناخالصی را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی N A 0 ، 2e18[1/cm^3] را تایپ کنید . |
دوپینگ تحلیلی مدل 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 8 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش ناخالصی را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع ناخالصی ، دوپینگ اهداکننده (نوع n) را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی N D 0 ، 5e16[1/cm^3] را تایپ کنید . |
تماس فلزی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 9 را انتخاب کنید. |
کنتاکت فلزی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، V0 را تایپ کنید . |
نوترکیبی به کمک تله 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Trap-Assisted Recombination را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Recombination با کمک تله ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، همه چاه‌ها/نقطه‌ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Trap-Assisted Recombination را پیدا کنید . از لیست مدل Trapping ، توزیع دام صریح را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Trapping را پیدا کنید . تیک Specify trap species را انتخاب کنید . |
سطح انرژی گسسته – چاه
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و سطح انرژی گسسته را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح انرژی گسسته ، سطح انرژی گسسته – چاه ها را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Trap Type را پیدا کنید . از لیست نوع تله ، تله‌های الکترونی خنثی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Traps را پیدا کنید . در قسمت متنی N t,ne ، N_well را تایپ کنید . |
5 | از لیست سطح انرژی ناخالصی ، از لبه نوار هدایت را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن E t، 0 ، DeltaE_well را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن g D ، gD را تایپ کنید . |
8 | قسمت Carrier Capture را پیدا کنید . از لیست Probability of electron capture ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن C n عدد 0 را تایپ کنید . |
9 | از لیست احتمال ضبط سوراخ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن C p عدد 0 را تایپ کنید . |
سطح انرژی گسسته – نقاط
1 | روی گسسته سطح انرژی – چاه کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به سطح انرژی گسسته ، سطح انرژی گسسته – dots را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Traps را پیدا کنید . در قسمت متنی N t,ne ، N_dot را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن E t، 0 ، DeltaE_dot را تایپ کنید . |
قبل از ادامه تنظیمات فیزیک، متغیرهایی را برای جمعیت QW و QD و نرخ انتقال تعریف کنید. ابتدا دو عملگر یکپارچه سازی را روی دامنه دو QW/QD تعریف کنید. سپس 3 مجموعه از متغیرها را تعریف کنید.
تعاریف
ادغام – 1 چاه/نقطه
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، Integration – 1st well/dot را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از فهرست انتخاب ، 1st well/dot را انتخاب کنید . |
ادغام – چاه/نقطه دوم
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، Integration – 2nd well/dot را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از فهرست انتخاب ، چاه/نقطه دوم را انتخاب کنید . |
متغیرها – همه چاه ها/نقاط
1 | در پنجره Model Builder ، روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، متغیرها – همه چاه‌ها/نقطه‌ها را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از فهرست انتخاب ، همه چاه‌ها/نقطه‌ها را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Variables را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
ft_well | semi.tar1.dtd1.ft | شغل QW | |
ft_dot | semi.tar1.dtd2.ft | شغل QD | |
n_خب | ft_well*N_well | 1/m³ | چگالی QW اشغال شده |
n_dot | ft_dot*N_dot | 1/m³ | چگالی QD اشغال شده |
آلفا1 | exp(-alpha_dot*intop1(n_dot)/N_dot*t_dot/t_well) | کسری از نور 1300 نانومتری باقی مانده پس از جذب توسط QD 1 | |
آلفا2 | exp(-alpha_dot*intop2(n_dot)/N_dot*t_dot/t_well) | کسری از نور 1300 نانومتری باقی مانده پس از جذب توسط QD دوم | |
P2_1300 | P1_1300*alpha1 | 1/(m²·s) | شار فوتون 1300 نانومتری که وارد QD دوم می شود |
متغیرها – 1 چاه/نقطه
1 | روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، متغیرها – 1st well/dot را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از فهرست انتخاب ، 1st well/dot را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Variables را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
G_780 | G1_780 | 1/(m³·s) | نرخ تولید در QW 1 به دلیل نور 780 نانومتر |
G_1300 | P1_1300*(1-alpha1)/t_well | 1/(m³·s) | نرخ تولید در QD 1 به دلیل نور 1300 نانومتر |
متغیرها – چاه/نقطه دوم
1 | روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، متغیرها – 2nd well/dot را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از فهرست انتخاب ، چاه/نقطه دوم را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Variables را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
G_780 | G2_780 | 1/(m³·s) | نرخ تولید در QW 2 به دلیل نور 780 نانومتر |
G_1300 | P2_1300*(1-alpha2)/t_well | 1/(m³·s) | نرخ تولید در QD 2 به دلیل نور 1300 نانومتر |
تنظیم فیزیک را تمام کنید. مراقب نشانه‌های نرخ‌های جذب حامل اضافی باشید: نرخ جذب الکترون اضافی برای انتقال یک الکترون از نوار رسانش به سطح تله مثبت است و نرخ جذب حفره اضافی برای انتقال یک الکترون از سطح تله به نوار ظرفیت.
نیمه هادی (نیمه)
سطح انرژی گسسته – چاه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Semiconductor (Semi)> Trap-Assisted Recombination 1 روی گزینه Discrete Energy Level – wells کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح انرژی گسسته ، کلیک کنید تا بخش نرخ ضبط حامل اضافی گسترش یابد . |
3 | در قسمت R n,extra text، -n_well/tau_thermal+gamma*semi.N را تایپ کنید . |
4 | در قسمت R p، متن اضافی ، -G_780+n_well/tau_well را تایپ کنید . |
سطح انرژی گسسته – نقاط
1 | در پنجره Model Builder ، روی سطح انرژی گسسته – نقاط کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح انرژی گسسته ، بخش نرخ ضبط حامل اضافی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت R n، متن اضافی ، -G_1300 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت R p,extra text n_dot/tau_dot را تایپ کنید . |
نوترکیبی به کمک تله 1
در پنجره Model Builder ، روی Trap-Assisted Recombination 1 کلیک کنید .
انتقال بین سطوح گسسته 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Transition Between Discrete Levels را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتقال بین سطوح گسسته ، بخش انتقال بین سطوح گسسته را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح بالایی (2) ، سطح انرژی گسسته – چاه ها را انتخاب کنید . |
4 | از لیست سطح پایین (1) ، سطح انرژی گسسته – نقاط را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن τ 21 ، tau_welltodot را تایپ کنید . |
مش پیش‌فرض را تغییر دهید تا از فاصله درشت‌تر در مناطق با گرادیان‌های بسیار کوچک استفاده کنید تا خطای گرد کردن را به حداقل برسانید.
مش 1
اندازه
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 راست کلیک کرده و Edit Physics-Induced Sequence را انتخاب کنید .
سایز 1
فقط مرزهای 2-8 را انتخاب کنید.
سایز ۲
1 | روی Component 1 (comp1)>Mesh 1>Size 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | روی Size 2 کلیک راست کرده و Move Up را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
4 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
5 | فقط دامنه 8 را انتخاب کنید. |
6 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از لیست از پیش تعریف شده ، Extra coarse را انتخاب کنید . |
7 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
در مطالعه 1، ولتاژ بایاس V0 را از 0 به 0.5 ولت افزایش دهید، در حالی که چراغ ها را خاموش نگه دارید. گاهی اوقات روش غیرخطی دابل داگ بهتر از روش نیوتن عمل می کند.
مطالعه 1 – رمپ V0 از 0 تا 0.5 ولت، بدون نور
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 1 – ramp V0 را از 0 تا 0.5 V تایپ کنید ، بدون نور در قسمت نوشتار Label . |
ثابت
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
3 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V0 (ولتاژ بایاس) | 0 0.1 0.5 | V |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، Study 1 – ramp V0 را از 0 به 0.5 V گسترش دهید ، بدون نور>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 1 node، سپس روی Fully Coupled 1 کلیک کنید . |
4 | در پنجره Settings for Fully Coupled ، برای گسترش بخش Method and Termination کلیک کنید . |
5 | از لیست روش غیر خطی ، Double dogleg را انتخاب کنید . |
6 |  روی محاسبه کلیک کنید . |
نمودارها را بر اساس مطالعه گروه بندی کنید.
نتایج
غلظت حامل (نیمه)، پتانسیل الکتریکی (نیمه)، سطوح انرژی (نیمه)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Ctrl کلیک کنید تا سطوح انرژی (نیمه) ، غلظت حامل (نیمه) و پتانسیل الکتریکی (نیمه) را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
مطالعه 1
در پنجره تنظیمات برای گروه ، Study 1 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
یک مطالعه جدید برای افزایش نور 780 نانومتری ایجاد کنید در حالی که نور 1300 نانومتر را در چند مقدار ثابت نگه دارید. ولتاژ بایاس را در نقطه عملیاتی 0.5 ولت تنظیم کنید و از محلول مربوطه از مطالعه 1 به عنوان شرط اولیه استفاده کنید.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Study Extensions را پیدا کنید . |
2 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
3 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V0 (ولتاژ بایاس) | 0.5 | V |
6 |  روی افزودن کلیک کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
P0_1300 (توان ورودی نور 1300 نانومتر) | 0 2.3 16 56 | mW/cm^2 |
8 |  روی افزودن کلیک کنید . |
9 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
P0_780 (توان ورودی نور 780 نانومتر) | محدوده 10(-3,0.25,1.5) | mW/cm^2 |
10 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر اولیه متغیرهای حل شده برای زیربخش را بیابید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
11 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
12 | از لیست مطالعه ، مطالعه 1 – رمپ V0 از 0 تا 0.5 ولت، بدون نور، ثابت را انتخاب کنید . |
13 | از لیست مقدار پارامتر (V0 (V)) ، 0.5 V را انتخاب کنید . |
14 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
15 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 2 – ramp P_780 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
16 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نمودارها را بر اساس مطالعه گروه بندی کنید. نمودارهایی را برای مقایسه با شکل 7 (الف) و (ب) در مقاله مرجع ایجاد کنید. روند کیفی جریان عکس و اشغال ایالت های QD به خوبی بازتولید شده است. (چگالی جریان با P_1300 خاموش از نظر بصری بسیار کوچکتر از هر یک از مقادیر با P_1300 روشن است. بنابراین ترسیم آن مقادیر “I” کافی است، حتی اگر کاغذ تفاوت “Delta I” را ترسیم کند.)
نتایج
غلظت حامل (نیمه) 1، پتانسیل الکتریکی (نیمه) 1، سطوح انرژی (نیمه) 1
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Ctrl کلیک کنید تا سطوح انرژی (نیمه) 1 ، غلظت حامل (نیمه) 1 و پتانسیل الکتریکی (نیمه) 1 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
مطالعه 2
در پنجره تنظیمات گروه ، Study 2 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
I در مقابل P_780 (شکل 7a)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، I در مقابل P_780 (شکل 7a) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 2 – ramp P_780/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (P0_1300) ، دستی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی شاخص های پارامتر (1-4) ، 2 3 4 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور x را انتخاب کنید . |
7 | کادر بررسی مقیاس گزارش محور y را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | در نوار ابزار I vs. P_780 (شکل 7a) ، روی  Global کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
semi.I0_1/منطقه | mA/cm^2 | من |
4 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Expression ، P0_780/1[mW/cm^2] را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . کادر بررسی توضیحات را پاک کنید . |
7 | در نوار ابزار I vs. P_780 (شکل 7a) ، روی  Plot کلیک کنید . |
ft_dot در مقابل P_780 (شکل 7b)
1 | در پنجره Model Builder ، روی I در مقابل P_780 (شکل 7a) راست کلیک کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، ft_dot در مقابل P_780 (شکل 7b) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور y را پاک کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره ft_dot در مقابل P_780 (شکل 7b) را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
intop1 (ft_dot)/t_well | 1 | اشغال ایالت های QD |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . کادر بررسی توضیحات را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار ft_dot vs. P_780 (شکل 7b) ، روی  Plot کلیک کنید . |
یک مطالعه جدید دیگر برای افزایش نور 1300 نانومتری و در عین حال حفظ نور 780 نانومتری در چند مقدار ثابت ایجاد کنید. ولتاژ بایاس را در نقطه عملیاتی 0.5 ولت تنظیم کنید و از محلول مربوطه از مطالعه 1 به عنوان شرط اولیه استفاده کنید.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت Select Study ، Empty Study را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2 – رمپ P_780
مرحله 1: ثابت
در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 2 – ramp P_780 روی Step 1: Stationary کلیک راست کرده و Copy را انتخاب کنید .
مطالعه 3 – رمپ P_1300
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 3 – ramp P_1300 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | روی Study 3 – ramp P_1300 کلیک راست کرده و Paste Stationary را انتخاب کنید . |
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Study Extensions را پیدا کنید . |
2 | در جدول، برای انتخاب سلول در ردیف شماره 3 و ستون شماره 2 کلیک کنید. |
3 |  روی Move Up کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
P0_780 (توان ورودی نور 780 نانومتر) | 0.064 0.63 7.7 | mW/cm^2 |
P0_1300 (توان ورودی نور 1300 نانومتر) | محدوده 10(0,0.25,3) | mW/cm^2 |
5 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نمودارها را بر اساس مطالعه گروه بندی کنید. نمودارهایی را برای مقایسه با شکل 7 (ج) و (د) در مقاله مرجع ایجاد کنید. روند کیفی جریان عکس و اشغال ایالت های QD به خوبی بازتولید شده است.
نتایج
غلظت حامل (نیمه) 2، پتانسیل الکتریکی (نیمه) 2، سطوح انرژی (نیمه) 2
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Ctrl کلیک کنید تا سطوح انرژی (نیمه) 2 ، غلظت حامل (نیمه) 2 و پتانسیل الکتریکی (نیمه) 2 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
مطالعه 3
در پنجره تنظیمات برای گروه ، مطالعه 3 را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
I در مقابل P_780 (شکل 7a)
در پنجره Model Builder ، در Results>Study 2 روی I vs. P_780 (شکل 7a) راست کلیک کرده و Copy را انتخاب کنید .
I در مقابل P_1300 (شکل 7c)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 3 کلیک راست کرده و Paste 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، I در مقابل P_1300 (شکل 7c) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (P0_1300) ، همه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست Dataset ، Study 3 – ramp P_1300/Solution 4 (sol4) را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره I vs. P_1300 (شکل 7c) را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، P0_1300/1[mW/cm^2] را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . کادر بررسی توضیحات را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار I vs. P_1300 (شکل 7c) ، روی  Plot کلیک کنید . |
ft_dot در مقابل P_780 (شکل 7b)
در پنجره Model Builder ، در Results>Study 2 روی ft_dot در مقابل P_780 (شکل 7b) راست کلیک کرده و Copy را انتخاب کنید .
ft_dot در مقابل P_1300 (شکل 7d)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 3 کلیک راست کرده و Paste 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، ft_dot در مقابل P_1300 (شکل 7d) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (P0_1300) ، همه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست Dataset ، Study 3 – ramp P_1300/Solution 4 (sol4) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، مرکز را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره ft_dot در مقابل P_1300 (شکل 7d) را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، P0_1300/1[mW/cm^2] را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . کادر بررسی توضیحات را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار ft_dot vs. P_1300 (شکل 7d) ، روی  Plot کلیک کنید . |
