Forrás:sciencedaily.com
A folyamatban lévő versenyben a napelemek egyre jobb anyagainak és konfigurációinak fejlesztése érdekében számos változó van, amelyek módosíthatók a teljesítmény javítása érdekében, beleértve az anyagtípust, a vastagságot és a geometriai elrendezést. Az új napelemek kifejlesztése általában unalmas folyamat, amikor egy-egy paraméteren apró változtatásokat kell végrehajtani. Míg a számítási szimulátorok lehetővé tették az ilyen változások kiértékelését anélkül, hogy ténylegesen minden egyes új változatot tesztelni kellett volna, a folyamat lassú marad.
Az MIT és a Google Brain kutatói most olyan rendszert fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi, hogy ne csak egy-egy javasolt tervet értékeljenek ki, hanem információt adjanak arról, hogy mely változtatások biztosítják a kívánt fejlesztéseket. Ez nagymértékben növelheti az új, továbbfejlesztett konfigurációk felfedezésének arányát.
A differenciálható napelem-szimulátornak nevezett új rendszert a Computer Physics Communications folyóiratban megjelent cikk írja le, amelyet Sean Mann ifjabb MIT, Giuseppe Romano, az MIT'. Katonai Nanotechnológiai Intézetének kutatója és négy kutató írt. mások az MIT-nél és a Google Brainnél.
A hagyományos napelem-szimulátorok – magyarázza Romano – a napelem-konfiguráció részleteit veszik figyelembe, és teljesítményükként a megjósolt hatékonyságot állítják elő – vagyis azt, hogy a beérkező napfény energiájának hány százaléka válik ténylegesen elektromos árammá. De ez az új szimulátor egyrészt előrejelzi a hatékonyságot, másrészt megmutatja, hogy a kimenetet mennyire befolyásolja valamelyik bemeneti paraméter."Közvetlenül elmondja, hogy mi történik a hatékonysággal, ha egy kicsit vastagabbra tesszük ezt a réteget, vagy mi történik a hatékonysággal, ha például megváltoztatjuk az anyag tulajdonságait," mondja.
Röviden azt mondja,"mi'nem fedeztünk fel új eszközt, de kifejlesztettünk egy olyan eszközt, amely lehetővé teszi másoknak, hogy gyorsabban fedezzenek fel más nagyobb teljesítményű eszközöket." Ezzel a rendszerrel, &, csökkentjük a szimulátor futtatásának a számát, hogy gyorsabban hozzáférhessünk az optimalizált struktúrák szélesebb teréhez." Ezenkívül azt mondja,"eszközünk képes azonosítani az anyagparaméterek egyedi halmazát, amelyet eddig rejtettek, mert' nagyon bonyolult a szimulációk futtatása."
Míg a hagyományos megközelítések lényegében a lehetséges variációk véletlenszerű keresését használják, Mann szerint&eszközével követhetjük a változás pályáját, mert a szimulátor megmondja, milyen irányban szeretné megváltoztatni az eszközt. Ez sokkal gyorsabbá teszi a folyamatot, mert a lehetőségek teljes tárházának feltárása helyett csak egyetlen utat követhet" ami közvetlenül a jobb teljesítményhez vezet.
Mivel a fejlett napelemek gyakran több rétegből állnak, amelyeket vezető anyagokkal fonnak össze, hogy az elektromos töltést egyikről a másikra szállítsák, ez a számítási eszköz felfedi, hogy a különböző rétegek relatív vastagságának megváltoztatása hogyan befolyásolja az eszköz' teljesítményét."Ez nagyon fontos, mert a vastagság kritikus. Erős kölcsönhatás van a fény terjedése és az egyes rétegek vastagsága és az egyes rétegek elnyelése között," – magyarázza Mann.
További értékelhető változók közé tartozik az adalékanyag mennyisége (egy másik elem atomjainak bejuttatása), amelyet az egyes rétegek fogadnak, vagy a szigetelőrétegek dielektromos állandója, vagy a sávszélesség, amely a fény fotonjainak energiaszintjének mértéke a rétegekben használt különböző anyagok rögzítik.
Ez a szimulátor már elérhető nyílt forráskódú eszközként, amely azonnal felhasználható a kutatás irányítására ezen a területen – mondja Romano."Készen áll, és az iparági szakértők átvehetik." Ennek kihasználása érdekében a kutatók a' eszközének számításait optimalizáló algoritmussal vagy akár gépi tanulási rendszerrel párosítanák, hogy gyorsan felmérjék a lehetséges változások széles skáláját, és gyorsan megtalálják a legígéretesebb alternatívákat.
Jelenleg a szimulátor csak a napelem egydimenziós változatán alapul, így a következő lépés az lesz, hogy a képességeit két- és háromdimenziós konfigurációkra is kiterjeszti. De még ez az 1D-s verzió&is lefedheti a jelenleg gyártás alatt álló cellák többségét," – mondja Romano. Bizonyos változatok, mint például a különböző anyagokat használó úgynevezett tandemcellák, még nem szimulálhatók közvetlenül ezzel az eszközzel, de"vannak módszerek a tandem napelemek közelítésére az egyes cellák szimulálásával," ; – mondja Mann.
A szimulátor"end-to-end," Romano azt mondja, vagyis kiszámolja a hatásfok érzékenységét, figyelembe véve a fényelnyelést is. Hozzáteszi:"Vonzó jövőbeli irány az, hogy szimulátorunkat fejlett, differenciálható fényterjedési szimulátorokkal állítjuk össze a nagyobb pontosság elérése érdekében."
Romano szerint, mivel ez egy nyílt forráskódú kód, &, ez azt jelenti, hogy amint' fent van, a közösség hozzá tud járulni hozzá. És ezért vagyunk igazán izgatottak'." Bár ez a kutatócsoport"csak egy maroknyi ember," Azt mondja, most már bárki, aki a területen dolgozik, saját fejlesztéseket és fejlesztéseket hajthat végre a kódon, és új képességeket vezethet be.
& quot;A differenciálható fizika új lehetőségeket fog nyújtani a tervezett rendszerek szimulációjához," mondja Venkat Viswanathan, a Carnegie Mellon Egyetem gépészmérnöki docense, aki nem állt kapcsolatban ezzel a munkával."A differenciálható napelem-szimulátor a differenciálható fizika hihetetlen példája, amely most új lehetőségeket biztosít a napelemes eszközök teljesítményének optimalizálásához," mondja, és a&tanulmányt izgalmas előrelépésnek nevezi."
Mann és Romano mellett a csapat tagja volt Eric Fadel és Steven Johnson az MIT-től, valamint Samuel Schoenholz és Ekin Cubuk a Google Braintől. A munkát részben az Eni SpA és az MIT Energy Initiative, valamint az MIT Quest for Intelligence támogatta.
