정확도와 수렴

계산 결과를 해석하기 전에는 수치해의 수렴 여부와 오차를 확인해야 한다. 결과 아래의 수렴 · 검증 패널에서 이를 점검할 수 있다.

수치 검사가 필요한 이유

드리프트-확산 방정식계는 비선형이며 소자 내 캐리어 밀도가 20자릿수 이상 변할 수 있다. 따라서 곡선이 매끄럽게 보여도 수치해가 물리적 관계를 만족하지 않을 수 있다.

스튜디오는 결과와 함께 계산에서 얻은 오차 지표를 표시한다.

전류 보존 — 평탄도

정상상태에서는 소자의 모든 위치에서 총 전류 $J_n + J_p$가 같아야 한다. 중간에 순전하가 축적되지 않기 때문이다. 지배방정식에서 도출되는 이 관계를 수치해가 얼마나 잘 만족하는지 다음 평탄도로 평가한다.

평탄도는 참값을 모르더라도 전류 보존 조건을 점검할 수 있는 지표이다. 스튜디오는 이를 효율과 함께 표시한다.

수렴한 바이어스 점

J-V 스윕의 각 전압점이 수렴 판정을 통과했는지를 나타낸다. 121 / 121은 모든 점이 통과했다는 뜻이다.

일부 점이 수렴하지 않으면 부분 수렴 배지가 표시된다. 곡선 전체를 제외할 필요는 없지만 실패한 구간의 값은 신뢰할 수 없다. 주요 원인은 다음과 같다.

• 넓은 인가전압 범위에서 순방향 전류가 지나치게 커지는 경우
• 매우 짧은 τ, 낮은 이동도 등 극단적인 물성 조합
• 매우 낮은 온도

종료 사유

검증 — 알려진 해와의 비교

모형의 검증에는 해석해와 문헌에서 보고한 결과를 사용한다.

해석적 다이오드

이상적인 실리콘 p-n 접합에는 Shockley 장기저 다이오드 해석해가 존재한다. 실리콘 프리셋을 암전류 모드로 계산한 결과는 다음과 같다.

• 포화 전류 $J_0$는 해석값과 0.2% 이내의 차이를 보인다.
• 이상계수는 이상 확산 다이오드의 정의값인 $n_{\text{id}} = 1.000$이다.

두 값은 전체 솔버에 대한 검증 결과이며 솔버가 연결되면 직접 확인할 수 있다. 반면 미리보기의 암전류 곡선은 맞춤 단일 다이오드 근사로 계산하므로 기준 곡선의 이상계수인 약 1.15가 나온다. 두 결과의 차이는 사용하는 계산 모형에서 비롯된다.

문헌 셀

IonMonger 기본 셀 프리셋은 파라미터가 모두 공개된 문헌의 3층 페로브스카이트 소자이다. 계산 결과를 해당 문헌의 J-V 지표와 대조했다.

물리적 극한

• 조명을 끄면 열평형 상태인 $V=0$에서 전류가 0이어야 한다.
• 비복사 재결합을 0으로 줄이면 Voc가 Eg/q가 아니라 복사 한계 Voc,rad에 도달해야 한다. 복사 재결합만 있어도 밴드갭에 해당하는 전압보다 대략 200~400 mV 낮으며, 밴드갭이 넓을수록 그 차이가 커진다.
• 두께를 0으로 줄이면 Jsc도 0으로 수렴해야 한다.

층 편집기에서 이러한 극한 조건을 확인할 수 있다. 새로운 셀의 조건을 설정할 때에는 극한에서의 거동부터 점검한다.

결과가 예상과 다를 때의 점검 순서

1. 평탄도를 확인한다. 값이 크면 물리 해석에 앞서 수치 문제를 점검한다.
2. 수렴 점 수를 확인한다. 부분 수렴이면 실패한 구간을 구분한다.
3. 극한 조건을 확인한다. 조명을 끈 상태에서 전류가 0인지 점검한다.
4. 한 번에 하나의 물성만 바꾼다. 여러 물성을 함께 바꾸면 원인을 구분하기 어렵다.
5. 손실 분해에서 유난히 큰 항목이 있는지 확인한다.

미리보기 모드

솔버 버전이 preview이면 실제 솔버 대신 근사 모형을 사용한 결과이며 화면 위에 노란 안내 띠가 표시된다. 미리보기에서는 곡선의 정성적 거동과 손실 분해·특성화 계산을 확인할 수 있지만, 정량적 결과를 인용해서는 안 된다.