Simulazione del processo foto-galvanico tramite il metodo delle differenze finite

With photo-galvanic effect one denotes the property of particular materials to exhibit an electric current in response to illumination. Unlike the most common photovoltaic cells, the photo-galvanic effect does not require a discontinuity in the material such as that between two different dopings. This is permitted by particular crystalline structures with low symmetry. The best known example is that of lithium niobate doped with iron Fe:LiNbO3. If one illuminates a thin sheet of such material, one will see that with the variation of time one face will charge itself positively and the other negatively until the reaching of a stationary configuration. The objective of the thesis is the simulation of this process taking into account the processes of diffusion of the charges and of their recombination. This requires the application of temporal propagation algorithms called implicit and at each temporal step the solution of the Poisson equation to obtain the electrostatic potential. The work foresees the extension of an existing simulation program to the case of a spatial discretization by means of non-equispaced grids. This will require new specific formulas for the numerical calculation of the gradient and laplacian operators. The new code will permit faster and more precise simulations. In fact, it will be possible to increase the spatial sampling density in the illuminated section.

Con effetto foto-galvanico si denota la proprietà di particolari materiali di esibire una corrente elettrica in risposta ad illuminazione. A differenza dalle più comuni celle fotovoltaiche, l’effetto foto-galvanico non richiede una discontinuità nel materiale come quella tra due differenti drogaggi. Questo è permesso da particolare strutture cristalline a bassa simmetria. L’esempio più conosciuto è quello del niobato di litio drogato con ferro Fe:LiNbO3. Se si illumina una lamina sottile di tale materiale, si vedrà che al variare del tempo una faccia si caricherà positivamente e l’altra negativamente fino al raggiungimento di una configurazione stazionaria. L’obbiettivo della tesi è la simulazione di questo processo tenendo conto dei processi di diffusione delle cariche e della loro ricombinazione. Ciò richiede l’applicazione di algoritmi di propagazione temporale detti impliciti e ad ogni passo temporale la soluzione dell’equazione di Poisson per ottenere il potenziale elettrostatico. Il lavoro prevede l'estensione di un esistente programma di simulazione al caso di una discretizzazione spaziale tramite griglie non equispaziate. Ciò richiederà nuove formule specifiche per il calcolo numerico degli operatori gradiente e laplaciano. Il nuovo codice permetterà simulazioni più veloci e precise Infatti sarà possibile aumentare la densità di campionamento spaziale nella sezione illuminata.