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COMSOL MULTIPHYSICS 5.2a - PRINCIPALI NOVITÀ DELLA RELEASE

Aggiornamenti del Semiconductor Module

Agli utenti del Semiconductor Module, COMSOL Multiphysics® versione 5.2a offre una nuova app per valutare i parametri di progettazione di una cella solare al silicio in un giorno e una posizione specifici. Le condizioni al contorno ideali Schottky, Thermoionic Emission e Continuous Quasi-Fermi Level sono state migliorate in termini di accuratezza dei modelli di semiconduttori e risultano economiche in termini di risorse computazionali. Gli aggiornamenti del Semiconductor Module sono descritti in dettaglio qui di seguito.

Nuova app: Si Solar Cell with Ray Optics

L'app Si Solar Cell with Ray Optics combina il Ray Optics Module e il Semiconductor Module per illustrare il funzionamento di una cella solare al silicio in un giorno e una posizione specifici. Il Ray Optics Module calcola l'irradiamento luminoso medio in un giorno e in una posizione scelti dall'utente. Quindi, il Semiconductor Module calcola le caratteristiche di uscita normalizzata della cella solare con i parametri specificati dall'utente.

Le caratteristiche di uscita normalizzata vengono moltiplicate per l'irradiamento luminoso medio per ottenere le caratteristiche di uscita della cella nel giorno e nella posizione specificati, supponendo una semplice relazione lineare tra l'uscita e l'irradiamento luminoso. L'utente può quindi calcolare l'efficienza della cella solare e la quantità di energia elettrica prodotta nel corso della giornata.

Il modello sottostante è costituito da una giunzione p-n al silicio 1D con generazione del portatore e ricombinazione di Shockley-Reed-Hall. L'anodo con messa a terra è modellato come un sottile contatto ohmico depositato su un emettitore (regione n dopata). Allo stesso modo, il catodo è modellato come un contatto ohmico ideale depositato sul lato della base (regione p dopata) e collegato ad un circuito esterno.

Percorso della Application Library con l'app Si Solar Cell with Ray Optics: Semiconductor_Module/Applications/solar_cell_designer

NOTA: per eseguire questa app, sono necessari sia il Semiconductor Module sia il Ray Optics Module.

L'interfaccia utente dell'app Si Solar Cell with Ray Optics, con i risultati dei calcoli e la posizione del sole. L'interfaccia utente dell'app Si Solar Cell with Ray Optics, con i risultati dei calcoli e la posizione del sole.
L'interfaccia utente dell'app Si Solar Cell with Ray Optics, con i risultati dei calcoli e la posizione del sole.

Prestazioni migliori della condizione al contorno Ideal Schottky in corrispondenza di contatti metallici

In COMSOL Multiphysics® 5.2 e versioni precedenti, era utilizzato uno schema di estrapolazione costante sui contatti metallici per la condizione al contorno Ideal Schottky. Questo richiedeva una mesh molto fitta al contorno per generare risultati con precisione accettabile. Nella versione 5.2a, viene utilizzato uno schema di estrapolazione di ordine elevato che assicura una precisione molto migliore senza la necessità di una mesh molto fitta al contorno. Ad esempio, la condizione al contorno Ideal Schottky viene applicata al contorno sinistro di un dominio rettangolare con un materiale e una densità di corrente uniformi. I seguenti grafici generati con COMSOL Multiphysics® versione 5.2a confrontano le due mesh ed i relativi risultati, che sono molto accurati e difficili da distinguere.

La mesh piuttosto rada al contorno sinistro, dove viene applicata la condizione al contorno Ideal Schottky. La mesh piuttosto rada al contorno sinistro, dove viene applicata la condizione al contorno Ideal Schottky.
La mesh piuttosto rada al contorno sinistro, dove viene applicata la condizione al contorno Ideal Schottky.
La mesh con elementi molto più fitti al contorno sinistro, dove viene applicata la condizione al contorno Ideal Schottky. La mesh con elementi molto più fitti al contorno sinistro, dove viene applicata la condizione al contorno Ideal Schottky.
La mesh con elementi molto più fitti al contorno sinistro, dove viene applicata la condizione al contorno Ideal Schottky.
I risultati mostrano una buona uniformità della densità di corrente (si noti che i valori max e min sono identici fino a 5 cifre), anche con la mesh non affinata. I risultati mostrano una buona uniformità della densità di corrente (si noti che i valori max e min sono identici fino a 5 cifre), anche con la mesh non affinata.
I risultati mostrano una buona uniformità della densità di corrente (si noti che i valori max e min sono identici fino a 5 cifre), anche con la mesh non affinata.
I risultati con la mesh non affinata sono praticamente indistinguibili da quelli generati con mesh affinata. I risultati con la mesh non affinata sono praticamente indistinguibili da quelli generati con mesh affinata.
I risultati con la mesh non affinata sono praticamente indistinguibili da quelli generati con mesh affinata.

Prestazioni migliori per la condizione al contorno Thermionic Emission in corrispondenza di eterogiunzioni

Nelle versioni precedenti di COMSOL Multiphysics®, in corrispondenza delle eterogiunzioni veniva utilizzato uno schema di estrapolazione costante per la condizione al contorno Thermionic Emission, simile alla condizione al contorno Ideal Schottky. Questo richiedeva una mesh molto fitta al contorno per generare risultati con precisione accettabile. Nella versione 5.2a, viene utilizzato uno schema di estrapolazione di ordine elevato che assicura una precisione molto migliore senza la necessità di una mesh molto fitta al contorno.

Capacità migliorata per la condizione al contorno Continuous Quasi-Fermi Level in corrispondenza di eterogiunzioni

COMSOL Multiphysics® supporta ora la statistica di Fermi Dirac per le eterogiunzioni con condizioni al contorno Continuous Quasi-Fermi Level. Nella versione 5.2 e precedenti, la condizione al contorno Continuous Quasi-Fermi Level era valida solo per la statistica di Maxwell-Boltzmann. Nella versione 5.2a, la statistica di Fermi Dirac è supportata anche per le condizioni al contorno e di conseguenza le eterogiunzioni adiacenti a domini degeneri sono modellate con maggior precisione, come mostra il grafico seguente.
La statistica di Fermi Dirac per la condizione al contorno Continuous Quasi-Fermi Level in corrispondenza di eterogiunzioni. I livelli calcolati sono quelli attesi a livello zero. La statistica di Fermi Dirac per la condizione al contorno Continuous Quasi-Fermi Level in corrispondenza di eterogiunzioni. I livelli calcolati sono quelli attesi a livello zero.
La statistica di Fermi Dirac per la condizione al contorno Continuous Quasi-Fermi Level in corrispondenza di eterogiunzioni. I livelli calcolati sono quelli attesi a livello zero.

Formulazione più precisa dell'elettrostatica nei domini adiacenti di conservazione della carica

COMSOL Multiphysics® versione 5.2a offre una formulazione elettrostatica migliorata per i domini adiacenti di conservazione della carica, che genera risultati più accurati. Questa formulazione sarà utile per i modelli aventi diversi tipi di isolanti elettrici (dielettrico) adiacenti l'uno all'altro. L'effetto delle diverse costanti dielettriche dei domini adiacenti è preso in considerazione, come mostra il grafico.
Nella versione 5.2a, i risultati dell'interfaccia Electrostatics Physics (sinistra) corrispondono a quelli del Semiconductor Module (destra).

Nella versione 5.2a, i risultati dell'interfaccia Electrostatics Physics (sinistra) corrispondono a quelli del Semiconductor Module (destra).

Nella versione 5.2a, i risultati dell'interfaccia Electrostatics Physics (sinistra) corrispondono a quelli del Semiconductor Module (destra).

Impostazioni di studio ottimizzate per ridurre i tempi di calcolo dei tutorial Bipolar Transistor

Le impostazioni dello studio dei tutorial con transistor bipolare sono state ottimizzate per ridurre i tempi di calcolo. La soluzione del modello 3D non richiede più diversi giorni, ma solo qualche ora, mentre il modello 2D si risolve in pochi minuti invece che in più di un'ora.