Pentru a dezvolta celule solare, cercetătorii se bazează pe instrumente de modelare computerizate. Aceste simulatoare le permit să evalueze modul în care ajustările minore ale parametrilor, precum structura dispozitivului, materialele utilizate și grosimea diferitelor straturi de material, pot afecta randamentul final.
În prezent, sunt disponibile gratuit mai multe pachete de simulatoare de celule solare. Totuși, aceste instrumente rămân lente și nu permit cercetătorilor să optimizeze diferiți parametrii de proiectare în mod simultan. Noul software realizat de o echipă de cercetători din cadrul MIT și Google Brain ar putea eficientiza îmbunătățirea și proiectarea celulelor solare.
Instrumentele de calcul tradiționale preiau variabilele pentru un anumit design de celule solare ca intrare și generează o valoare la ieșire, care reprezintă puterea produsă.
„Totuși, cu ajutorului noului software, putem oferi rezultate, dar putem să arătăm și cum s-ar schimba eficiența celulelor dacă am modifica oricare dintre parametrii de intrare. Putem modifica în mod continuu parametrii de intrare și putem observa un gradient al modului în care se modifică puterea de la ieșire”, a declarat Giuseppe Romano, cercetător în cadrul Institutului de Nanotehnologii pentru Soldați al MIT.
Acest lucru reduce numărul de simulări pe care dezvoltatorii trebuie să le ruleze. „Pentru a obține toate informațiile de care avem nevoie, este nevoie de realizarea unei singure simulări Aceasta este frumusețea abordării”, a adăugat acesta.
Romano și colegii săi au detaliat noul software, denumit simulator de celule solare diferențiabile, într-o lucrare publicată în revista Computer Physics Communications.
Celulele solare comerciale au randamente care nu coincid cu valorile maxime teoretice ale dispozitivelor. Simulatoarele de celule solare le permit cercetătorilor să înțeleagă modul în care factorii fizici, precum defectele din materiale, afectează performanța finală a celulelor solare. Până în prezent, simulatoarele au ajutat la îmbunătățirea tehnologiilor fotovoltaice comune, precum celulele cu peliculă subțire pe bază de cadmiu și celulele perovskite.
Există două moduri prin care noul instrument ar trebui să ajute la dezvoltarea celulelor solare. Primul este reprezentat de optimizare. „Să spunem că o companie din industrie dorește să creeze o celulă solară de înaltă performanță, dar nu cunoaște efectul materialului care absoarbe lumina asupra eficienței generale. De obicei, există o grosime optimă pentru acest strat de material. Software-ul ar putea ajuta la definirea parametrului optim care maximizează eficiența”, a declarat Romano.
Software-ul ar putea fi utilizat în mod similar pentru a evalua valorile optime pentru alte variabile, precum cantitatea de dopare a straturilor de material, bandgap-ul sau constanta dielectrică a straturilor izolatoare.
Celălalt mod în care instrumentul ajută la dezvoltarea tehnologiilor este proiectarea inversă a unei celule solare existente. În acest scenariu, cercetătorii ar putea măsura curba tensiune-intensitate a curentului unei celule solare și corela aceste măsurători experimentale folosind simulatorul. Pe baza datelor, software-ul ar putea ajuta la calcularea valorilor parametrilor specifici de material, care sunt necunoscuți.
„Deși ar putea exista și alte companii care au dezvoltat simulatoare de celule solare similare, acesta este primul simulator open source. Pachetul software se află pe GitHub și ar trebui să fie ușor de utilizat de către oricine”, a declarat Romano.
Cercetătorii ar putea să-l cupleze cu proprii lor algoritmi de optimizare sau cu un sistem de învățare automată. Acest lucru ar trebui să accelereze dezvoltarea unor celule solare mai eficiente, permițând evaluarea rapidă a unei game largi de materiale și structuri posibile ale dispozitivelor.
