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classdef VisualizerOptimized < handle
% VisualizerOptimized - 优化的结果可视化工具
% 提供能带图、载流子密度、电场分布和J-V曲线的可视化
properties
params % 太阳能电池参数
results % 模拟结果
jv_results % J-V分析结果
fig_handles % 图形句柄
end
methods
function obj = VisualizerOptimized(params)
% 构造函数 - 初始化可视化工具
obj.params = params;
obj.fig_handles = struct();
end
function setResults(obj, results)
% 设置模拟结果
obj.results = results;
end
function setJVResults(obj, jv_results)
% 设置J-V分析结果
obj.jv_results = jv_results;
end
function plotBandDiagram(obj)
% 绘制能带图
% 检查结果是否存在
if isempty(obj.results)
error('没有可用的模拟结果。请先运行模拟。');
end
% 获取数据
x = obj.results.x; % 获取x坐标数据
% 检查数据结构并根据需要调整维度
if isfield(obj.results, 't') && length(obj.results.t) > 1
% 多时间步结果，获取最后一个时间步
phi = obj.results.phi(end, :);
n = obj.results.n(end, :);
p = obj.results.p(end, :);
else
% 单个时间步结果
phi = obj.results.phi;
n = obj.results.n;
p = obj.results.p;
end
% 计算能带
% 创建电子亲和能分布
chi = zeros(size(x));
Eg = zeros(size(x));
Nc = zeros(size(x));
Nv = zeros(size(x));
% 根据位置设置不同区域的参数
for i = 1:length(x)
if x(i) <= obj.params.L_ETL
% ETL区域
chi(i) = obj.params.chi_ETL;
Eg(i) = obj.params.Eg_ETL;
Nc(i) = obj.params.Nc_ETL;
Nv(i) = obj.params.Nv_ETL;
elseif x(i) <= obj.params.L_ETL + obj.params.L_absorber
% 吸收层区域
chi(i) = obj.params.chi_abs;
Eg(i) = obj.params.Eg_abs;
Nc(i) = obj.params.Nc_abs;
Nv(i) = obj.params.Nv_abs;
else
% HTL区域
chi(i) = obj.params.chi_HTL;
Eg(i) = obj.params.Eg_HTL;
Nc(i) = obj.params.Nc_HTL;
Nv(i) = obj.params.Nv_HTL;
end
end
% 计算能带
Ec = -obj.params.q * phi - chi;
Ev = Ec - Eg;
Efn = Ec + obj.params.kb * obj.params.T * log(n ./ Nc);
Efp = Ev - obj.params.kb * obj.params.T * log(p ./ Nv);
% 创建图形
obj.fig_handles.band = figure('Name', '能带图', 'Position', [100, 100, 800, 600]);
% 绘制能带
plot(obj.params.x*1e7, Ec, 'b-', 'LineWidth', 2);
hold on;
plot(obj.params.x*1e7, Ev, 'r-', 'LineWidth', 2);
plot(obj.params.x*1e7, Efn, 'b--', 'LineWidth', 1.5);
plot(obj.params.x*1e7, Efp, 'r--', 'LineWidth', 1.5);
% 绘制界面
% 使用idx_interfaces而不interfaces
if isfield(obj.params, 'idx_interfaces') && ~isempty(obj.params.idx_interfaces)
interface_positions = [obj.params.L_ETL, obj.params.L_ETL + obj.params.L_absorber];
for i = 1:length(interface_positions)
x_int = interface_positions(i);
plot([x_int, x_int]*1e7, [min(Ev)-0.5, max(Ec)+0.5], 'k--');
end
end
% 添加层标签
layers = {'ETL', '吸收层', 'HTL'};
x_centers = zeros(1, 3);
x_centers(1) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_ETL))*1e7;
x_centers(2) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_absorber))*1e7;
x_centers(3) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_HTL))*1e7;
for i = 1:length(layers)
text(x_centers(i), max(Ec)+0.3, layers{i}, ...
'HorizontalAlignment', 'center', 'FontWeight', 'bold');
end
% 设置图形属性
xlabel('位置 (nm)');
ylabel('能量 (eV)');
title('能带图');
legend('导带', '价带', '电子准费米能级', '空穴准费米能级', 'Location', 'best');
grid on;
% 设置坐标轴范围
xlim([min(obj.params.x), max(obj.params.x)]*1e7);
ylim([min(Ev)-0.5, max(Ec)+0.5]);
% 反转Y轴
set(gca, 'YDir', 'reverse');
end
function plotCarrierDensities(obj)
% 绘制载流子密度分布
% 检查结果是否存在
if isempty(obj.results)
error('没有可用的模拟结果。请先运行模拟。');
end
% 获取数据
% 检查数据结构并根据需要调整维度
if isfield(obj.results, 't') && length(obj.results.t) > 1
% 多时间步结果，获取最后一个时间步
n = obj.results.n(end, :);
p = obj.results.p(end, :);
else
% 单个时间步结果
n = obj.results.n;
p = obj.results.p;
end
% 创建图形
obj.fig_handles.carriers = figure('Name', '载流子密度', 'Position', [100, 100, 800, 600]);
% 绘制载流子密度
semilogy(obj.params.x*1e7, n, 'b-', 'LineWidth', 2);
hold on;
semilogy(obj.params.x*1e7, p, 'r-', 'LineWidth', 2);
% 添加界面线
% 使用固定的界面位置
interface_positions = [obj.params.L_ETL, obj.params.L_ETL + obj.params.L_absorber];
for i = 1:length(interface_positions)
x_int = interface_positions(i);
plot([x_int, x_int]*1e7, [1e0, 1e20], 'k--');
end
% 添加层标签
layers = {'ETL', '吸收层', 'HTL'};
x_centers = zeros(1, 3);
x_centers(1) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_ETL))*1e7;
x_centers(2) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_absorber))*1e7;
x_centers(3) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_HTL))*1e7;
for i = 1:length(layers)
text(x_centers(i), 1e19, layers{i}, ...
'HorizontalAlignment', 'center', 'FontWeight', 'bold');
end
% 设置图形属性
xlabel('位置 (nm)');
ylabel('载流子密度 (cm^{-3})');
title('载流子密度分布');
legend('电子密度', '空穴密度', 'Location', 'best');
grid on;
% 设置坐标轴范围
xlim([min(obj.params.x), max(obj.params.x)]*1e7);
ylim([1e0, 1e20]);
end
function plotElectricField(obj)
% 绘制电场分布
% 检查结果是否存在
if isempty(obj.results)
error('没有可用的模拟结果。请先运行模拟。');
end
% 获取数据
% 检查数据结构并根据需要调整维度
if isfield(obj.results, 't') && length(obj.results.t) > 1
% 多时间步结果，获取最后一个时间步
phi = obj.results.phi(end, :);
else
% 单个时间步结果
phi = obj.results.phi;
end
% 计算电场
x = obj.params.x;
dx = diff(x);
x_mid = (x(1:end-1) + x(2:end)) / 2;
E = -diff(phi) ./ dx; % V/cm
% 创建图形
obj.fig_handles.field = figure('Name', '电场分布', 'Position', [100, 100, 800, 600]);
% 绘制电场
plot(x_mid*1e7, E, 'k-', 'LineWidth', 2);
% 添加界面线
% 使用固定的界面位置
interface_positions = [obj.params.L_ETL, obj.params.L_ETL + obj.params.L_absorber];
for i = 1:length(interface_positions)
x_int = interface_positions(i);
y_lim = get(gca, 'YLim');
plot([x_int, x_int]*1e7, y_lim, 'k--');
end
% 添加层标签
layers = {'ETL', '吸收层', 'HTL'};
x_centers = zeros(1, 3);
x_centers(1) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_ETL))*1e7;
x_centers(2) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_absorber))*1e7;
x_centers(3) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_HTL))*1e7;
for i = 1:length(layers)
text(x_centers(i), max(E)*0.9, layers{i}, ...
'HorizontalAlignment', 'center', 'FontWeight', 'bold');
end
% 设置图形属性
xlabel('位置 (nm)');
ylabel('电场 (V/cm)');
title('电场分布');
grid on;
% 设置坐标轴范围
xlim([min(obj.params.x), max(obj.params.x)]*1e7);
end
function plotCurrentDensities(obj)
% 绘制电流密度分布
% 检查结果是否存在
if isempty(obj.results)
error('没有可用的模拟结果。请先运行模拟。');
end
% 获取最后一个时间步的结果
if isfield(obj.results, 't') && length(obj.results.t) > 1
% 多时间步结果，获取最后一个时间步
Jn = obj.results.Jn(end, :);
Jp = obj.results.Jp(end, :);
else
% 单个时间步结果
Jn = obj.results.Jn;
Jp = obj.results.Jp;
end
Jtot = Jn + Jp;
% 创建图形
obj.fig_handles.current = figure('Name', '电流密度', 'Position', [100, 100, 800, 600]);
% 绘制电流密度
plot(obj.params.x*1e7, Jn, 'b-', 'LineWidth', 2);
hold on;
plot(obj.params.x*1e7, Jp, 'r-', 'LineWidth', 2);
plot(obj.params.x*1e7, Jtot, 'k-', 'LineWidth', 2);
% 添加界面线
% 使用固定的界面位置
interface_positions = [obj.params.L_ETL, obj.params.L_ETL + obj.params.L_absorber];
for i = 1:length(interface_positions)
x_int = interface_positions(i);
y_lim = get(gca, 'YLim');
plot([x_int, x_int]*1e7, y_lim, 'k--');
end
% 添加层标签
layers = {'ETL', '吸收层', 'HTL'};
x_centers = zeros(1, 3);
x_centers(1) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_ETL))*1e7;
x_centers(2) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_absorber))*1e7;
x_centers(3) = mean(obj.params.x(obj.params.idx_HTL))*1e7;
for i = 1:length(layers)
text(x_centers(i), max(Jtot)*0.9, layers{i}, ...
'HorizontalAlignment', 'center', 'FontWeight', 'bold');
end
% 设置图形属性
xlabel('位置 (nm)');
ylabel('电流密度 (mA/cm^2)');
title('电流密度分布');
legend('电子电流', '空穴电流', '总电流', 'Location', 'best');
grid on;
% 设置坐标轴范围
xlim([min(obj.params.x), max(obj.params.x)]*1e7);
end
function plotJVCurve(obj)
% 绘制J-V特性曲线
% 检查J-V结果是否存在
if isempty(obj.jv_results)
error('没有可用的J-V分析结果。请先运行J-V扫描。');
end
% 创建图形
obj.fig_handles.jv = figure('Name', 'J-V特性曲线', 'Position', [100, 100, 800, 600]);
% 绘制J-V曲线
plot(obj.jv_results.V, obj.jv_results.J, 'k-', 'LineWidth', 2);
% 标记关键点
hold on;
plot(obj.jv_results.Voc, 0, 'ro', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2);
plot(0, obj.jv_results.Jsc, 'bo', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2);
plot(obj.jv_results.V_mpp, obj.jv_results.J_mpp, 'go', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2);
% 设置图形属性
xlabel('电压 (V)');
ylabel('电流密度 (mA/cm^2)');
title('J-V特性曲线');
grid on;
% 添加关键参数文本
text_str = sprintf('Voc = %.3f V\nJsc = %.2f mA/cm^2\nFF = %.2f %%\nPCE = %.2f %%', ...
obj.jv_results.Voc, obj.jv_results.Jsc, ...
obj.jv_results.FF*100, obj.jv_results.PCE);
text(0.05, 0.95, text_str, 'Units', 'normalized', ...
'VerticalAlignment', 'top', 'FontSize', 12, 'FontWeight', 'bold');
end
function plotHysteresisJVCurve(obj)
% 绘制带迟滞的J-V特性曲线
% 检查J-V结果是否存在
if ~isfield(obj.jv_results, 'forward') || ~isfield(obj.jv_results, 'reverse')
error('没有可用的迟滞J-V分析结果。请先运行正向和反向J-V扫描。');
end
% 创建图形
obj.fig_handles.jv_hysteresis = figure('Name', '迟滞J-V特性曲线', 'Position', [100, 100, 800, 600]);
% 绘制正向扫描J-V曲线
plot(obj.jv_results.forward.V, obj.jv_results.forward.J, 'b-', 'LineWidth', 2);
hold on;
% 绘制反向扫描J-V曲线
plot(obj.jv_results.reverse.V, obj.jv_results.reverse.J, 'r-', 'LineWidth', 2);
% 设置图形属性
xlabel('电压 (V)');
ylabel('电流密度 (mA/cm^2)');
title('迟滞J-V特性曲线');
legend('正向扫描', '反向扫描', 'Location', 'best');
grid on;
% 添加关键参数文本
text_str = sprintf('正向扫描:\nVoc = %.3f V\nJsc = %.2f mA/cm^2\nFF = %.2f %%\nPCE = %.2f %%\n\n反向扫描:\nVoc = %.3f V\nJsc = %.2f mA/cm^2\nFF = %.2f %%\nPCE = %.2f %%', ...
obj.jv_results.forward.Voc, obj.jv_results.forward.Jsc, ...
obj.jv_results.forward.FF*100, obj.jv_results.forward.PCE, ...
obj.jv_results.reverse.Voc, obj.jv_results.reverse.Jsc, ...
obj.jv_results.reverse.FF*100, obj.jv_results.reverse.PCE);
text(0.05, 0.95, text_str, 'Units', 'normalized', ...
'VerticalAlignment', 'top', 'FontSize', 10, 'FontWeight', 'bold');
end
end
end