Allikas: sciencedaily.com
Päikesepatareide jaoks üha paremate materjalide ja konfiguratsioonide väljatöötamise võidujooksus on palju muutujaid, mida saab jõudluse parandamiseks kohandada, sealhulgas materjali tüüp, paksus ja geomeetriline paigutus. Uute päikesepatareide väljatöötamine on üldiselt olnud tüütu protsess, mille käigus tehakse ühes neist parameetritest korraga väikesed muudatused. Kuigi arvutussimulaatorid on võimaldanud selliseid muudatusi hinnata, ilma et oleks vaja testimiseks iga uut variatsiooni koostada, jääb protsess aeglaseks.
Nüüd on MIT-i ja Google Braini teadlased välja töötanud süsteemi, mis võimaldab mitte ainult hinnata ühte kavandatud disaini korraga, vaid anda teavet selle kohta, millised muudatused toovad soovitud täiustusi. See võib oluliselt suurendada uute, täiustatud konfiguratsioonide avastamise määra.
Uut süsteemi, mida nimetatakse diferentseeritavaks päikesepatarei simulaatoriks, kirjeldatakse ajakirjasComputer Physics Communications avaldatud artiklis, mille on kirjutanud MIT-i noorem Sean Mann, teadur Giuseppe Romano MIT'sõdurite nanotehnoloogia instituudist ja neli teised MIT-is ja Google Brainis.
Traditsioonilised päikesepatarei simulaatorid, selgitab Romano, võtavad päikesepatarei konfiguratsiooni üksikasjad ja toodavad nende väljundina ennustatud efektiivsust – see tähendab, kui suur protsent sissetuleva päikesevalguse energiast tegelikult elektrivooluks muundatakse. Kuid see uus simulaator ennustab nii tõhusust kui ka näitab, kui palju seda väljundit mõjutab mõni sisendparameeter."See ütleb teile otse, mis juhtub efektiivsusega, kui muudame selle kihi veidi paksemaks, või mis juhtub efektiivsusega, kui muudame näiteks materjali omadusi," ta ütleb.
Lühidalt ütleb ta:"me'me ei avastanud uut seadet, vaid töötasime välja tööriista, mis võimaldab teistel kiiremini avastada teisi suurema jõudlusega seadmeid." Seda süsteemi kasutades, &, me vähendame simulaatori käitamise kordade arvu, et võimaldada kiiremat juurdepääsu optimeeritud struktuuride laiemale ruumile." Lisaks ütleb ta:"meie tööriist suudab tuvastada ainulaadse materjaliparameetrite komplekti, mis on seni peidetud, kuna' nende simulatsioonide käitamine on väga keeruline."
Kuigi traditsioonilised lähenemisviisid kasutavad põhiliselt võimalike variatsioonide juhuslikku otsimist, ütleb Mann, et tema tööriista&abil saame jälgida muutuste trajektoori, kuna simulaator ütleb teile, millises suunas soovite oma seadet muuta. See muudab protsessi palju kiiremaks, sest selle asemel, et uurida kogu võimaluste ruumi, saate lihtsalt järgida ühte teed" mis viib otseselt jõudluse paranemiseni.
Kuna täiustatud päikesepatareid koosnevad sageli mitmest kihist, mis on põimitud juhtivate materjalidega, et kanda elektrilaeng ühelt teisele, näitab see arvutustööriist, kuidas nende erinevate kihtide suhtelise paksuse muutmine mõjutab seadme' väljundit."See on väga oluline, kuna paksus on kriitiline. Valguse levimise ja iga kihi paksuse ning iga kihi neeldumise vahel on tugev koosmõju," Mann selgitab.
Teised muutujad, mida saab hinnata, hõlmavad dopingu kogust (teise elemendi aatomite sisestamist), mille iga kiht vastu võtab, või isolatsioonikihtide dielektrilist konstanti või ribalaiust, mis on valguse footonite energiataseme mõõt. püütud erinevate kihtides kasutatud materjalidega.
See simulaator on nüüd saadaval avatud lähtekoodiga tööriistana, mida saab kohe kasutada selle valdkonna uurimistöö juhtimiseks, ütleb Romano."See on valmis ja tööstuse eksperdid võivad seda kasutada." Selle kasutamiseks ühendavad teadlased selle seadme' arvutused optimeerimisalgoritmi või isegi masinõppesüsteemiga, et hinnata kiiresti mitmesuguseid võimalikke muudatusi ja leida kiiresti kõige paljutõotavamad alternatiivid.
Praegu põhineb simulaator ainult päikesepatarei ühemõõtmelisel versioonil, nii et järgmiseks sammuks on selle võimaluste laiendamine kahe- ja kolmemõõtmeliste konfiguratsioonidega. Kuid isegi see 1D versioon&võib katta enamiku praegu tootmises olevatest rakkudest," Romano ütleb. Teatud variatsioone, nagu nn erinevaid materjale kasutavad tandemelemendid, ei saa selle tööriistaga veel otseselt simuleerida, kuid"on viise tandempäikesepatarei lähendamiseks, simuleerides iga üksikut elementi," ; Mann ütleb.
Simulaator on"end-to-end," Romano ütleb, et see arvutab efektiivsuse tundlikkuse, võttes arvesse ka valguse neeldumist. Ta lisab:" Ahvatlev tulevikusuund on meie simulaatori koostamine täiustatud olemasolevate diferentseeritavate valguse leviku simulaatoritega, et saavutada suurem täpsus."
Romano ütleb, et edasi liikudes, kuna tegemist on avatud lähtekoodiga &, tähendab see, et kui see' kohal on, saab kogukond sellele kaasa aidata. Ja see' on põhjus, miks me oleme väga põnevil." Kuigi see uurimisrühm on&vaid käputäis inimesi," Ta ütleb, et nüüd saavad kõik sellel alal töötavad inimesed ise oma täiustusi ja parandusi teha ning uusi võimalusi juurutada.
& quot;Diferentseeritav füüsika hakkab pakkuma uusi võimalusi projekteeritud süsteemide simuleerimiseks," ütleb Venkat Viswanathan, Carnegie Melloni ülikooli masinaehituse dotsent, kes ei olnud selle tööga seotud."Diferentseeruv päikesepatarei simulaator on uskumatu näide diferentseeruvast füüsikast, mis võib nüüd pakkuda uusi võimalusi päikesepatarei seadme jõudluse optimeerimiseks," ütleb ta, nimetades uuringut&põnevaks sammuks edasi."
Lisaks Mannile ja Romanole kuulusid meeskonda Eric Fadel ja Steven Johnson MIT-st ning Samuel Schoenholz ja Ekin Cubuk Google Brainist. Tööd toetasid osaliselt Eni SpA ja MIT Energy Initiative ning MIT Quest for Intelligence.
