כלי להאצת פיתוח של תאים סולאריים חדשים

כעת, חוקרים ב-MIT וב-Google Brain פיתחו מערכת שמאפשרת לא רק להעריך עיצוב מוצע אחד בכל פעם, אלא לספק מידע לגבי השינויים שיספקו את השיפורים הרצויים. זה יכול להגדיל במידה ניכרת את קצב הגילוי של תצורות חדשות ומשופרות.

המערכת החדשה, הנקראת סימולטור תאים סולאריים ניתנים להפרדה, מתוארת במאמר שפורסם בכתב העת Computer Physics Communications, שנכתב על ידי זוטר MIT שון מאן, מדען המחקר ג'וזפה רומנו ממכון MIT' של חייל ננוטכנולוגיות, וארבעה אחרים ב-MIT וב-Google Brain.

סימולטורים מסורתיים של תאים סולאריים, מסביר רומנו, לוקחים את הפרטים של תצורת תאים סולאריים ומייצרים כפלט שלהם יעילות חזויה - כלומר, איזה אחוז מהאנרגיה של אור השמש הנכנס למעשה מומר לזרם חשמלי. אבל הסימולטור החדש הזה גם חוזה את היעילות וגם מראה עד כמה הפלט הזה מושפע מכל אחד מפרמטרי הקלט."זה אומר לך ישירות מה קורה ליעילות אם נעשה את השכבה הזו קצת יותר עבה, או מה יקרה ליעילות אם נשנה למשל את תכונת החומר," הוא אומר.

בקיצור, הוא אומר,"לא גילינו מכשיר חדש, אבל פיתחנו כלי שיאפשר לאחרים לגלות מהר יותר מכשירים אחרים בעלי ביצועים גבוהים יותר." באמצעות מערכת זו,"אנו מצמצמים את מספר הפעמים שאנו צריכים להפעיל סימולטור כדי לתת גישה מהירה יותר למרחב רחב יותר של מבנים אופטימליים." בנוסף, הוא אומר,"הכלי שלנו יכול לזהות קבוצה ייחודית של פרמטרים חומריים שהוסתרו עד כה כי'זה מאוד מורכב להפעיל את הסימולציות האלה."

בעוד שגישות מסורתיות משתמשות בעצם בחיפוש אקראי של וריאציות אפשריות, אומר מאן, עם הכלי שלו"אנו יכולים לעקוב אחר מסלול של שינוי מכיוון שהסימולטור אומר לך באיזה כיוון אתה רוצה לשנות את המכשיר שלך. זה הופך את התהליך למהיר הרבה יותר מכיוון שבמקום לחקור את כל מרחב ההזדמנויות, אתה יכול פשוט ללכת בנתיב אחד" שמוביל ישירות לשיפור הביצועים.

מכיוון שתאים סולאריים מתקדמים מורכבים לרוב משכבות מרובות המשולבות בחומרים מוליכים כדי לשאת מטען חשמלי מאחד לשני, כלי חישוב זה חושף כיצד שינוי העובי היחסי של השכבות השונות הללו ישפיע על הפלט של המכשיר'."זה חשוב מאוד מכיוון שהעובי הוא קריטי. יש אינטראקציה חזקה בין התפשטות האור לעובי של כל שכבה לבין הספיגה של כל שכבה," מאן מסביר.

משתנים אחרים שניתן להעריך כוללים את כמות הסימום (החדרת אטומים של יסוד אחר) שכל שכבה קולטת, או הקבוע הדיאלקטרי של שכבות בידוד, או פער הפס, מדד של רמות האנרגיה של פוטונים של אור שניתן להעריך. נלכד על ידי חומרים שונים המשמשים בשכבות.

סימולטור זה זמין כעת ככלי קוד פתוח שניתן להשתמש בו באופן מיידי כדי לסייע בהנחיית מחקר בתחום זה, אומר רומנו."זה מוכן, ומומחים בתעשייה יכולים לקחת אותו." כדי לעשות בו שימוש, החוקרים יצמידו את חישובי המכשיר הזה' עם אלגוריתם אופטימיזציה, או אפילו מערכת למידת מכונה, כדי להעריך במהירות מגוון רחב של שינויים אפשריים ולהבין במהירות את האלטרנטיבות המבטיחות ביותר.

בשלב זה, הסימולטור מבוסס על גרסה חד-ממדית בלבד של התא הסולארי, כך שהשלב הבא יהיה להרחיב את היכולות שלו לכלול תצורות דו ותלת מימדיות. אבל אפילו גרסה דו-ממדית זו&יכולה לכסות את רוב התאים שנמצאים כעת בייצור," אומר רומנו. וריאציות מסוימות, כגון מה שנקרא תאי טנדם המשתמשים בחומרים שונים, עדיין לא ניתנות לסימולציה ישירה על ידי כלי זה, אך"ישנן דרכים להעריך תא סולארי טנדם על ידי הדמיית כל אחד מהתאים הבודדים," ; מאן אומר.

הסימולטור הוא" מקצה לקצה," אומר רומנו, כלומר הוא מחשב את רגישות היעילות, תוך התחשבות גם בבליעת האור. הוא מוסיף:"כיוון עתידי מושך הוא חיבור הסימולטור שלנו עם סימולטורים מתקדמים קיימים הניתנים להפרדה אור, כדי להשיג דיוק משופר."

להתקדם, אומר רומנו, מכיוון שזהו קוד פתוח,"זה אומר שברגע שהוא' נמצא שם למעלה, הקהילה יכולה לתרום לו. ובגלל זה אנחנו באמת נרגשים." למרות שקבוצת המחקר הזו היא"רק קומץ אנשים," הוא אומר, כעת כל מי שעובד בתחום יכול לבצע שיפורים ושיפורים משלו בקוד ולהציג יכולות חדשות.

& quot;פיזיקה ניתנת להפרדה עומדת לספק יכולות חדשות להדמיות של מערכות מהונדסות," אומר Venkat Viswanathan, פרופסור חבר להנדסת מכונות באוניברסיטת קרנגי מלון, שלא היה קשור לעבודה זו."סימולטור התאים הסולאריים הניתנים להבדלה הוא דוגמה מדהימה לפיזיקה הניתנת להבדלה, שיכולה לספק כעת יכולות חדשות לייעל את ביצועי מכשירי התאים הסולאריים," הוא אומר, ומכנה את המחקר"צעד מרגש קדימה."

בנוסף למאן ורומנו, הצוות כלל את אריק פאדל וסטיבן ג'ונסון ב-MIT, וסמואל שונהולץ ואקין קובוק ב-Google Brain. העבודה נתמכה בחלקה על ידי Eni SpA ויוזמת MIT Energy, ו-MIT Quest for Intelligence.