Lähde: sciencedaily.com
Käynnissä olevassa kilpailussa kehittää yhä parempia materiaaleja ja kokoonpanoja aurinkokennoille on monia muuttujia, joita voidaan säätää suorituskyvyn parantamiseksi, mukaan lukien materiaalityyppi, paksuus ja geometrinen järjestely. Uusien aurinkokennojen kehittäminen on yleensä ollut ikävä prosessi, jossa on tehty pieniä muutoksia yhteen näistä parametreista kerrallaan. Vaikka laskennalliset simulaattorit ovat mahdollistaneet tällaisten muutosten arvioinnin ilman, että jokaista uutta muunnelmaa on tarvinnut rakentaa testausta varten, prosessi on hidas.
Nyt MIT:n ja Google Brainin tutkijat ovat kehittäneet järjestelmän, jonka avulla ei voida vain arvioida yhtä ehdotettua suunnittelua kerrallaan, vaan antaa tietoa siitä, mitkä muutokset tuovat toivottuja parannuksia. Tämä voisi lisätä huomattavasti uusien, parannettujen kokoonpanojen löytämistä.
Uutta järjestelmää, jota kutsutaan differentioituvaksi aurinkokennosimulaattoriksi, kuvataan julkaisussa Computer Physics Communications -julkaisussa, jonka kirjoittavat MIT:n juniori Sean Mann, tutkija Giuseppe Romano MIT's Institute for Soldier Nanotechnologiesista ja neljä muut MIT:ssä ja Google Brainissa.
Perinteiset aurinkokennosimulaattorit, Romano selittää, ottavat aurinkokennokokoonpanon yksityiskohdat ja tuottavat lähtönä ennustetun hyötysuhteen - eli kuinka suuri prosenttiosuus saapuvan auringonvalon energiasta todella muuttuu sähkövirraksi. Mutta tämä uusi simulaattori sekä ennustaa tehokkuutta että näyttää, kuinka paljon jokin tuloparametreista vaikuttaa tuottoon."Se kertoo suoraan, mitä tapahtuu tehokkuudelle, jos teemme tästä kerroksesta hieman paksumpaa, tai mitä tapahtuu tehokkuudelle, jos esimerkiksi muutamme materiaalin ominaisuutta," hän sanoo.
Lyhyesti sanottuna hän sanoo:"emme löytäneet' uutta laitetta, mutta kehitimme työkalun, jonka avulla muut voivat löytää nopeammin muita tehokkaampia laitteita." Käyttämällä tätä järjestelmää,"vähennämme sitä, kuinka monta kertaa meidän on suoritettava simulaattori, jotta voimme päästä käsiksi entistä nopeammin laajempaan optimoitujen rakenteiden tilaan." Lisäksi hän sanoo:"työkalumme voi tunnistaa ainutlaatuisen joukon materiaaliparametreja, jotka on toistaiseksi piilotettu, koska'simulaatioiden suorittaminen on erittäin monimutkaista."
Vaikka perinteiset lähestymistavat käyttävät olennaisesti satunnaista mahdollisten muunnelmien hakua, Mann sanoo työkalullaan" voimme seurata muutoksen liikerataa, koska simulaattori kertoo, mihin suuntaan haluat muuttaa laitettasi. Tämä tekee prosessista paljon nopeamman, koska sen sijaan, että tutkisit koko mahdollisuuksien tilaa, voit vain seurata yhtä polkua" mikä johtaa suoraan parempaan suorituskykyyn.
Koska kehittyneet aurinkokennot koostuvat usein useista kerroksista, jotka on limitetty johtavilla materiaaleilla sähkövarauksen siirtämiseksi yhdestä toiseen, tämä laskentatyökalu paljastaa, kuinka näiden eri kerrosten suhteellisten paksuuksien muuttaminen vaikuttaa laitteen'n tehoon."Tämä on erittäin tärkeää, koska paksuus on kriittinen. Valon etenemisen ja kunkin kerroksen paksuuden ja kunkin kerroksen absorption välillä on vahva vuorovaikutus," Mann selittää.
Muita arvioitavia muuttujia ovat dopingin määrä (toisen alkuaineen atomien lisääminen), jonka kukin kerros vastaanottaa, tai eristyskerrosten dielektrisyysvakio tai bandgap, joka mittaa valon fotonien energiatasoja, jotka voidaan ottaa vastaan. kerroksissa käytettyjen eri materiaalien vangitsemia.
Tämä simulaattori on nyt saatavilla avoimen lähdekoodin työkaluna, jota voidaan käyttää välittömästi ohjaamaan tutkimusta tällä alalla, Romano sanoo."Se on valmis, ja alan asiantuntijat voivat ottaa sen käyttöön." Hyödyntääkseen sitä tutkijat yhdistäisivät tämän laitteen':n laskelmat optimointialgoritmiin tai jopa koneoppimisjärjestelmään, jotta voitaisiin nopeasti arvioida monenlaisia mahdollisia muutoksia ja löytää nopeasti lupaavimpia vaihtoehtoja.
Tässä vaiheessa simulaattori perustuu vain aurinkokennon yksiulotteiseen versioon, joten seuraava askel on laajentaa sen ominaisuuksia sisältämään kaksi- ja kolmiulotteiset konfiguraatiot. Mutta jopa tämä 1D-versio&voi kattaa suurimman osan tällä hetkellä tuotannossa olevista soluista," Romano sanoo. Tiettyjä muunnelmia, kuten eri materiaaleja käyttäviä ns. tandemkennoja, ei voida vielä simuloida suoraan tällä työkalulla, mutta"tandem-aurinkokenno voidaan arvioida simuloimalla jokaista yksittäistä kennoa," ; Mann sanoo.
Simulaattori on"end-to-end," Romano sanoo, eli se laskee hyötysuhteen herkkyyden ottaen huomioon myös valon absorption. Hän lisää: &: Houkutteleva tulevaisuuden suunta on yhdistää simulaattorimme kehittyneisiin olemassa oleviin differentioituviin valon etenemissimulaattoreihin tarkkuuden parantamiseksi."
Romano sanoo, että koska tämä on avoimen lähdekoodin koodi, &, tämä tarkoittaa, että kun se' on olemassa, yhteisö voi osallistua siihen. Ja siksi' olemme todella innoissamme." Vaikka tämä tutkimusryhmä on&vain kourallinen ihmisiä," hän sanoo, että nyt jokainen alalla työskentelevä voi tehdä omia parannuksiaan ja parannuksiaan koodiin ja tuoda käyttöön uusia ominaisuuksia.
& quot;Erotteleva fysiikka tarjoaa uusia ominaisuuksia suunniteltujen järjestelmien simulointiin," sanoo Carnegie Mellonin yliopiston konetekniikan apulaisprofessori Venkat Viswanathan, joka ei ollut mukana tässä työssä."Erilaistettava aurinkokenno-simulaattori on uskomaton esimerkki differentioituvasta fysiikasta, joka voi nyt tarjota uusia ominaisuuksia aurinkokennolaitteiden suorituskyvyn optimointiin," hän sanoo ja kutsuu tutkimusta&jännittäväksi askeleeksi eteenpäin."
Mannin ja Romanon lisäksi tiimiin kuuluivat Eric Fadel ja Steven Johnson MIT:stä sekä Samuel Schoenholz ja Ekin Cubuk Google Brainista. Työtä tukivat osittain Eni SpA ja MIT Energy Initiative sekä MIT Quest for Intelligence.
