Tarafından

Fotovoltaik Güneş Pili Malzeme Tasarımı

Yeni bir sistem, hem yeni fotovoltaik güneş pili malzemelerinin verimliliğini tahmin ediyor hem de çıktıyı ne kadar farklı girdi parametrelerinin etkilediğini gösteriyor. Kredi: MIT Haberleri, iStockphoto

Yeni bir hesaplama simülatörü, malzeme veya tasarımdaki değişikliklerin yeni fotovoltaik hücrelerde performansı artırıp artırmayacağını tahmin etmeye yardımcı olabilir.

Güneş pilleri için her zamankinden daha iyi malzemeler ve konfigürasyonlar geliştirmek için devam eden yarışta, malzeme tipi, kalınlık ve geometrik düzenleme dahil olmak üzere performansı iyileştirmeye çalışmak için ayarlanabilecek birçok değişken vardır. Yeni güneş pilleri geliştirmek, genellikle bu parametrelerden birinde bir seferde küçük değişiklikler yapmak sıkıcı bir süreç olmuştur. Hesaplamalı simülatörler, test için her yeni varyasyonu fiilen oluşturmak zorunda kalmadan bu tür değişiklikleri değerlendirmeyi mümkün kılmış olsa da, süreç yavaş kalır.

Şimdi, araştırmacılar İLE BİRLİKTE ve Google Brain, bir seferde yalnızca önerilen bir tasarımı değerlendirmeyi değil, aynı zamanda hangi değişikliklerin istenen iyileştirmeleri sağlayacağı hakkında bilgi vermeyi de mümkün kılan bir sistem geliştirdi. Bu, yeni, geliştirilmiş konfigürasyonların keşfedilme oranını büyük ölçüde artırabilir.

Türevlenebilir güneş pili simülatörü olarak adlandırılan yeni sistem, bugün dergide yayınlanan bir makalede anlatılıyor. Bilgisayar Fiziği İletişimiMIT’den genç Sean Mann, MIT Asker Nanoteknolojileri Enstitüsü’nden araştırma bilimcisi Giuseppe Romano ve MIT ve Google Brain’den dört kişi tarafından yazılmıştır.

Romano, geleneksel güneş pili simülatörlerinin bir güneş pili konfigürasyonunun ayrıntılarını aldığını ve çıktıları olarak tahmin edilen bir verimlilik ürettiğini, yani gelen güneş ışığının enerjisinin yüzde kaçının elektrik akımına dönüştürüldüğünü açıklıyor. Ancak bu yeni simülatör hem verimliliği tahmin ediyor hem de çıktının herhangi bir girdi parametresinden ne kadar etkilendiğini gösteriyor. “Bu katmanı biraz daha kalınlaştırırsak verimliliğe ne olduğunu veya örneğin malzemenin özelliğini değiştirirsek verimliliğe ne olacağını doğrudan size söyler” diyor.

Kısacası, “yeni bir cihaz keşfetmedik, ancak başkalarının diğer yüksek performanslı cihazları daha hızlı keşfetmesini sağlayacak bir araç geliştirdik” diyor. Bu sistemi kullanarak, “daha geniş bir optimize edilmiş yapılar alanına daha hızlı erişim sağlamak için bir simülatör çalıştırmamız gereken sayıyı azaltıyoruz.” Ayrıca, “aracımız, bu simülasyonları çalıştırmak çok karmaşık olduğu için şimdiye kadar gizlenmiş olan benzersiz bir malzeme parametreleri kümesini tanımlayabilir” diyor.

Geleneksel yaklaşımlar esasen olası varyasyonların rastgele bir aramasını kullanırken, Mann, aracıyla “simülatör size cihazınızı hangi yönde değiştirmek istediğinizi söylediği için bir değişim yörüngesini takip edebiliriz. Bu, süreci çok daha hızlı hale getirir, çünkü tüm fırsatlar alanını keşfetmek yerine, doğrudan iyileştirilmiş performansa götüren tek bir yolu takip edebilirsiniz”.

Gelişmiş güneş pilleri genellikle birinden diğerine elektrik yükü taşımak için iletken malzemelerle iç içe geçmiş çoklu katmanlardan oluştuğundan, bu hesaplama aracı, bu farklı katmanların göreli kalınlıklarının değiştirilmesinin cihazın çıktısını nasıl etkileyeceğini ortaya koymaktadır. “Bu çok önemli çünkü kalınlık kritik. Işık yayılımı ile her katmanın kalınlığı ve her katmanın emilimi arasında güçlü bir etkileşim var” diye açıklıyor Mann.

Değerlendirilebilecek diğer değişkenler arasında, her katmanın aldığı doping miktarı (başka bir elementin atomlarının girişi) veya yalıtkan katmanların dielektrik sabiti veya bant aralığı, olabilecek ışık fotonlarının enerji seviyelerinin bir ölçüsü bulunur. katmanlarda kullanılan farklı malzemeler tarafından yakalanır.

Romano, bu simülatörün artık bu alandaki araştırmalara rehberlik etmek için hemen kullanılabilecek açık kaynaklı bir araç olarak mevcut olduğunu söylüyor. “Hazır ve endüstri uzmanları tarafından ele alınabilir.” Bundan yararlanmak için araştırmacılar, çok çeşitli olası değişiklikleri hızla değerlendirmek ve en umut verici alternatiflere hızla ulaşmak için bu cihazın hesaplamalarını bir optimizasyon algoritması veya hatta bir makine öğrenme sistemi ile birleştirirdi.

Bu noktada, simülatör güneş pilinin sadece tek boyutlu bir versiyonuna dayanmaktadır, bu nedenle bir sonraki adım, yeteneklerini iki ve üç boyutlu konfigürasyonları içerecek şekilde genişletmek olacaktır. Ancak Romano, bu 1D versiyonun bile “şu anda üretimde olan hücrelerin çoğunu kapsayabileceğini” söylüyor. Farklı malzemeler kullanan tandem hücreler gibi belirli varyasyonlar henüz bu araçla doğrudan simüle edilemiyor, ancak “her bir hücreyi simüle ederek bir tandem güneş hücresine yaklaşmanın yolları var” diyor Mann.

Romano, simülatörün “uçtan uca” olduğunu söylüyor, yani ışık emilimini de hesaba katarak verimliliğin hassasiyetini hesaplıyor. Şunları ekliyor: “Gelecekteki çekici bir yön, simülatörümüzü gelişmiş mevcut farklılaştırılabilir ışık yayılım simülatörleriyle oluşturmaktır. kesinlik

İleriye dönük olarak, Romano, bu bir açık kaynak kodu olduğu için, “bu, bir kez orada olduğunda, topluluğun buna katkıda bulunabileceği anlamına gelir. İşte bu yüzden gerçekten heyecanlıyız.” Bu araştırma grubu “sadece bir avuç insan” olmasına rağmen, artık sahada çalışan herkes kodda kendi geliştirmelerini ve iyileştirmelerini yapabilir ve yeni yetenekler sunabilir.

Carnegie Mellon Üniversitesi’nde makine mühendisliği doçenti olan ve bu çalışmayla ilgisi olmayan Venkat Viswanathan, “Farklılaştırılabilir fizik, mühendislik sistemlerinin simülasyonları için yeni yetenekler sağlayacak” diyor. “Farklılaştırılabilir güneş pili simülatörü, artık güneş pili cihaz performansını optimize etmek için yeni yetenekler sağlayabilen türevlenebilir fiziğin inanılmaz bir örneğidir” diyor ve çalışmayı “ileriye doğru heyecan verici bir adım” olarak nitelendiriyor.

Referans: Sean Mann, Eric Fadel, Samuel S. Schoenholz, Ekin D. Cubuk, Steven G. Johnson ve Giuseppe Romano, “?PV: Uçtan uca farklılaştırılabilir güneş pili simülatörü”, 18 Kasım 2021, Bilgisayar Fiziği İletişimi.
DOI: 10.1016 / j.cpc.2021.108232

Ekip, Mann ve Romano’nun yanı sıra MIT’den Eric Fadel ve Steven Johnson ile Google Brain’den Samuel Schoenholz ve Ekin Cubuk’u içeriyordu. Çalışma kısmen Eni SpA ve MIT Energy Initiative ve MIT Quest for Intelligence tarafından desteklendi.





#MIT #Google #Brain #Yeni #Güneş #Pillerinin #Gelişimini #Hızlandırmak #İçin #Araç #Oluşturuyor