Types de Simulation

Référence des 22 types routés par SesameRouter dans le dépôt actuel.

Atlas détaillé des 22 simulations

Cette section sert de canevas éditorial pour documenter chaque simulation avec le même niveau de rigueur. Les trois emplacements d'images proposés par simulation sont volontairement nommés de manière stable : déposez les fichiers PNG dans docs/img/ avec ces noms et la page les affichera automatiquement à la place du placeholder.

Parcours complets de simulation

Les flux ci-dessous décrivent le chemin réel d'une configuration, depuis l'entrée utilisateur jusqu'aux résultats consultables dans l'interface ou les exports.

1. Homojunction : de la configuration à la courbe J-V

Ce flux représente le cas d'usage classique d'une cellule photovoltaïque à simple jonction. La simulation s'appuie sur la résolution couplée des équations de Poisson et de Dérive-Diffusion (continuité) sur un maillage adaptatif 1D.

1. L'utilisateur remplit le formulaire web ou soumet un JSON avec simulation_type = "homojunction".
2. Le backend normalise la configuration via /api/generate-json, puis déclenche /api/simulate ou /api/run-simulation/<sim_id>/async.
3. SesameRouter route vers simulations.homojunction.simulate_homojunction.
4. Le solveur SESAME NIST construit la géométrie, génère un maillage raffiné autour de la jonction p-n, applique le profil de dopage et le taux de génération optique G(x). Il résout ensuite numériquement les équations jusqu'à la convergence (erreur < 1e-6).
5. SPARC extrait les grandeurs macroscopiques (J-V, métriques PV) et microscopiques (bandes d'énergie, densités de porteurs, recombinaison SRH/Auger).
6. Les résultats sont relus via /api/results/<sim_id>, les courbes par /plots ou /plot/<plot_name>.

2. Parametric Sweep : étude de sensibilité avec progression

1. La configuration déclare simulation_type = "parametric_sweep" et fournit parametric.parameter ainsi qu'une liste de valeurs.
2. Le routeur appelle simulations.parametric.parametric_sweep et instancie une simulation élémentaire pour chaque point de balayage.
3. Chaque point est résolu avec le modèle physique sous-jacent, puis ses métriques sont agrégées.
4. La progression est publiée pour l'interface par les points de statut, événements et flux de progression.
5. Le résultat final n'est pas une seule IV de référence, mais un ensemble de réponses dépendant du paramètre choisi; l'interprétation doit distinguer tendance physique et simple artefact numérique.

3. Quantum Efficiency et Spectral Response

1. L'utilisateur soumet simulation_type = "quantum_efficiency" ou "spectral_response" avec un domaine spectral cohérent.
2. Le routeur délègue respectivement à simulations.quantum_efficiency.calculate_eqe ou simulations.quantum_efficiency.spectral_response.
3. SPARC calcule la génération spectrale, la réponse par longueur d'onde, puis l'intégrale associée au spectre fourni.
4. La lecture correcte impose de vérifier que la grille spectrale, le flux utilisé et les tableaux retournés restent cohérents en longueur et en unités.
5. Le résultat utile est ici spectral; il ne faut pas lui attribuer automatiquement le même statut qu'une extraction IV standard.

4. Tandem : empilement, appariement de courant et validité

1. La configuration choisit simulation_type = "tandem" et renseigne les sous-cellules top/bottom ainsi que leurs épaisseurs et matériaux.
2. Le routeur appelle simulations.multijunction.simulate_tandem.
3. Le calcul combine réponse optique et comportement électrique des sous-jonctions, puis estime la compatibilité de courant entre étages.
4. Les sorties doivent être relues avec les indicateurs iv_metrics_valid, equilibrium_only, physics_validity et surtout scientific_readiness.
5. Un tandem peut fournir des courbes et tableaux complets tout en restant non qualifié pour une conclusion de performance finale.

5. Défauts continus et joints de grain

1. Pour continuous_defects, with_defects ou grain_boundary_2d, la configuration doit décrire explicitement densités, captures, positions ou géométries de défaut.
2. Le routeur envoie vers simulations.defects.simulate_with_continuous_defects, simulations.defects.simulate_with_defects ou simulations.grain_boundary_2d.simulate_2d_grain_boundary.
3. Le solveur reconstruit alors des pertes spatialisées, potentiellement sous forme de cartes 2D, profils de recombinaison et pénalités sur les performances PV.
4. Le bon réflexe consiste à lire ensemble les cartes locales et les indicateurs globaux: une seule valeur de Voc ne résume pas l'origine de la dégradation.

Cellules Simples

Homojunction

Simulation de jonction p-n simple pour des matériaux comme Si, GaAs, etc.

• Paramètres clés : materials.active, doping.n_region, doping.p_region
• Sorties : Courbe J-V, diagramme de bande, densités de porteurs
• Utilisation : Cellules solaires basiques, étude fondamentale

Heterojunction

Simulation d'hétérojonctions entre deux matériaux différents (CdS/CdTe, a-Si/c-Si, etc.)

• Paramètres clés : materials.n_type, materials.p_type
• Sorties : Courbe J-V, discontinuité de bande, recombinaison interface
• Utilisation : Cellules à couches minces, hétérojonctions silicium

Graded Heterojunction

Hétérojonction à composition gradée pour réduire les discontinuités de bande.

• Paramètres clés : graded.grade_width, graded.grade_sublayers
• Sorties : Profil de gap gradé, champ électrique modifié
• Utilisation : structures à interface graduelle, analyse des pertes

With Defects

Simulation avec défauts ponctuels et recombinaison SRH (Shockley-Read-Hall).

• Paramètres clés : defects[].density, defects[].energy, defects[].sigma_e, defects[].sigma_h
• Sorties : Impact sur Voc et FF, profils de recombinaison
• Utilisation : Étude de la qualité des matériaux, passivation

Grain Boundaries

Analyse de joints de grain 1.5D dans les matériaux polycristallins.

• Paramètres clés : grain_boundaries.density, grain_boundaries.recombination_velocity
• Sorties : Impact sur le transport, pertes aux joints
• Utilisation : Cellules polycristallines (CdTe, CIGS, Si poly)

Grain Boundary 2D

Simulation 2D complète de joints de grain avec cartes spatiales.

• Paramètres clés : grain_boundary_2d.*
• Sorties : Cartes 2D de n, p, V, R_SRH, export CSV/NPZ
• Utilisation : Analyse détaillée des effets de joint de grain

Études Paramétriques

Parametric Sweep

Balayage d'un paramètre sur une plage de valeurs.

• Paramètres clés : parametric.parameter, parametric.values
• Sorties : Courbe de variation, identification d'optimum
• Utilisation : Sensibilité paramétrique, optimisation manuelle

Temperature Study

Étude de la dépendance en température avec le modèle Varshni.

• Paramètres clés : temperature.values [K]
• Sorties : Variation de Eg, Voc, Jsc avec T
• Utilisation : Comportement thermique, coefficient de température

Variable Illumination

Étude à différentes intensités lumineuses.

• Paramètres clés : illumination.intensities
• Sorties : Courbes J-V à différents éclairements
• Utilisation : Comportement sous faible/fort éclairement

Spectrum Study

Étude spectrale avec différents spectres (AM0, AM1.5G, custom).

• Paramètres clés : spectrum.wavelengths, spectrum.intensity
• Sorties : Réponse spectrale, EQE
• Utilisation : Applications spatiales (AM0), terrestres (AM1.5G)

Contact Study

Optimisation des contacts (Schottky vs ohmique).

• Paramètres clés : contact_study.work_function_range
• Sorties : Impact des barrières de contact
• Utilisation : Conception de contacts, pertes série

Caractérisation Avancée

Quantum Efficiency

Efficacité quantique externe (EQE) résolue spectralement. Indique la fraction de photons incidents convertis en paires électron-trou collectées. La simulation intègre les modèles d'absorption dépendants de la longueur d'onde et les pertes par réflexion (si spécifiées).

• Paramètres clés : spectrum.wavelengths, profil d'absorption du matériau
• Sorties : Courbe EQE(λ), intégration pour trouver le Jsc théorique
• Utilisation : Caractérisation optique, diagnostic des pertes de recombinaison en surface (basses longueurs d'onde) et en volume (fortes longueurs d'onde).

Spectral Response

Réponse spectrale SR = EQE × flux AM1.5G (A/W).

• Paramètres clés : identiques à quantum_efficiency
• Sorties : SR(λ) en A/W
• Utilisation : Caractérisation photodétecteurs

Tandem

Cellule tandem 2 jonctions (top + bottom cell).

• Paramètres clés : tandem.top_thickness, tandem.bottom_thickness
• Sorties : Performance tandem, courant apparié
• Utilisation : Cellules haute efficacité >30%

Capacitance-Voltage

Mesure C-V différentielle et analyse Mott-Schottky.

• Paramètres clés : cv.frequency, cv.voltage_range
• Sorties : Courbe C-V, profil de dopage
• Utilisation : Caractérisation dopage, défauts

Luminescence

Simulation de photoluminescence (PL) et électroluminescence (EL).

• Paramètres clés : luminescence.mode (PL/EL)
• Sorties : Spectres PL/EL, cartographie
• Utilisation : Caractérisation non-destructive

EBIC

EBIC (Electron Beam Induced Current) - profil de faisceau + diffusion.

• Paramètres clés : ebic.beam_position
• Sorties : Profil EBIC, longueur de diffusion
• Utilisation : Caractérisation SEM

EBIC Simulation

EBIC avancé avec cartes complètes et profil de faisceau réaliste.

• Paramètres clés : ebic.beam_energy
• Sorties : Cartes EBIC 2D
• Utilisation : Analyse détaillée SEM

Equivalent Circuit

Extraction des paramètres de circuit équivalent (1-diode, 2-diodes).

• Paramètres clés : circuit.model
• Sorties : Rs, Rsh, J0, n
• Utilisation : Modélisation circuit, diagnostique

Lifetime Analysis

Module d'analyse de durée de vie effective vs niveau d'injection. Il existe dans le code et dans la visualisation, mais n'est pas exposé actuellement comme type routé par SesameRouter.default_routing_table().

• Paramètres clés : lifetime.injection_levels
• Sorties : Courbe τ(injection)
• Utilisation : Caractérisation qualité matériau, à brancher explicitement si un workflow routeur est ajouté

Format de Configuration JSON

{
  "simulation_name": "mon_si_homo",
  "simulation_type": "homojunction",
  "materials": {
    "active": "Si"
  },
  "geometry": {
    "thickness_n": 5e-5,
    "thickness_p": 2e-4,
    "nx": 100
  },
  "doping": {
    "n_region": 1e17,
    "p_region": 1e15
  },
  "voltages": {
    "start": 0.0,
    "stop": 0.7,
    "points": 50
  },
  "illumination": {
    "enabled": true,
    "photon_flux": 2.5e17,
    "absorption_coefficient": 1e4
  },
  "outputs": {
    "plots": ["iv_curve", "band_diagram"],
    "format": "both"
  }
}

Plots Disponibles

Paramètres Extraits (IEEE 488-2022)