출처:sciencedaily.com
태양 전지를 위한 더 나은 재료와 구성을 개발하기 위한 지속적인 경쟁에서 재료 유형, 두께 및 기하학적 배열을 포함하여 성능을 개선하기 위해 조정할 수 있는 많은 변수가 있습니다. 새로운 태양 전지를 개발하는 것은 일반적으로 이러한 매개변수 중 하나를 한 번에 조금씩 변경하는 지루한 과정이었습니다. 계산 시뮬레이터를 사용하면 테스트를 위해 실제로 각각의 새로운 변형을 만들지 않고도 이러한 변경을 평가할 수 있지만 프로세스는 여전히 느립니다.
이제 MIT와 Google Brain의 연구원들은 제안된 디자인을 한 번에 하나씩 평가할 수 있을 뿐만 아니라 원하는 개선 사항을 제공할 변경 사항에 대한 정보를 제공할 수 있는 시스템을 개발했습니다. 이렇게 하면 새롭고 향상된 구성을 검색하는 속도가 크게 향상될 수 있습니다.
미분 가능한 태양 전지 시뮬레이터라고 하는 새로운 시스템은 MIT 주니어 Sean Mann, MIT's Institute for Soldier Nanotechnologies의 연구 과학자 Giuseppe Romano, MIT와 Google Brain의 다른 사람들.
Romano는 전통적인 태양 전지 시뮬레이터가 태양 전지 구성의 세부 사항을 가져와 예측된 효율성을 출력으로 생성한다고 설명합니다. 즉, 들어오는 햇빛 에너지의 몇 퍼센트가 실제로 전류로 변환되는지입니다. 그러나 이 새로운 시뮬레이터는 효율성을 예측하고 해당 출력이 입력 매개변수 중 하나에 의해 얼마나 영향을 받는지 보여줍니다."이 레이어를 조금 더 두껍게 만들면 효율성에 어떤 일이 발생하는지, 또는 예를 들어 재료의 속성을 변경하면 효율성에 어떤 일이 발생하는지 직접 알려줍니다." 그는 말한다.
간단히 말해서, 그는"우리는 새로운 장치를 발견하지 못했지만 다른 사람들이 다른 고성능 장치를 더 빨리 발견할 수 있도록 하는 도구를 개발했습니다.&따옴표; 이 시스템을 사용하여"우리는 최적화된 구조의 더 넓은 공간에 더 빨리 액세스할 수 있도록 시뮬레이터를 실행해야 하는 횟수를 줄이고 있습니다.&따옴표; 또한 그는&"우리 도구는 이러한 시뮬레이션을 실행하는 것이 매우 복잡하기 때문에 지금까지 숨겨져 있던 고유한 재료 매개변수 세트를 식별할 수 있습니다.&따옴표;
전통적인 접근 방식은 본질적으로 가능한 변형의 무작위 검색을 사용하지만 Mann은 그의 도구 &를 사용하여 "시뮬레이터가 장치를 변경하려는 방향을 알려 주기 때문에 변화의 궤적을 따를 수 있습니다. 기회의 전체 공간을 탐색하는 대신 단일 경로를 따를 수 있기 때문에 프로세스가 훨씬 빨라집니다." 이는 곧 성능 향상으로 이어집니다.
고급 태양 전지는 종종 하나에서 다른 것으로 전하를 전달하기 위해 전도성 물질과 얽힌 여러 층으로 구성되기 때문에 이 계산 도구는 이러한 다른 층의 상대적 두께를 변경하는 것이 장치 출력에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.&'두께가 중요하기 때문에 이것은 매우 중요합니다. 빛의 전파와 각 층의 두께와 각 층의 흡수 사이에는 강한 상호작용이 있습니다." Mann은 설명합니다.
평가할 수 있는 다른 변수에는 각 층이 받는 도핑의 양(다른 원소의 원자 도입), 절연층의 유전 상수 또는 밴드갭(광자의 에너지 준위 측정)이 포함됩니다. 레이어에 사용된 다른 재료에 의해 캡처됩니다.
이 시뮬레이터는 이제 이 분야의 연구를 안내하는 데 즉시 사용할 수 있는 오픈 소스 도구로 제공된다고 Romano는 말합니다."준비가 완료되었으며 업계 전문가가 채택할 수 있습니다.&따옴표; 이를 사용하기 위해 연구원들은 이 장치의 계산을 최적화 알고리즘 또는 기계 학습 시스템과 결합하여 다양한 가능한 변경 사항을 신속하게 평가하고 가장 유망한 대안을 신속하게 찾을 수 있습니다.
이 시점에서 시뮬레이터는 1차원 버전의 태양 전지를 기반으로 하므로 다음 단계는 2차원 및 3차원 구성을 포함하도록 기능을 확장하는 것입니다. 그러나 이 1D 버전&'도 현재 생산 중인 대부분의 셀을 덮을 수 있습니다." 로마노는 말합니다. 서로 다른 재료를 사용하는 소위 탠덤 셀과 같은 특정 변형은 아직 이 도구로 직접 시뮬레이션할 수 없지만&'각 개별 셀을 시뮬레이션하여 탠덤 태양 전지를 근사하는 방법이 있습니다. ; 만은 말한다.
시뮬레이터는"end-to-end," Romano는 즉, 효율성의 감도를 계산하고 빛 흡수도 고려한다고 말합니다. 그는 다음과 같이 덧붙였습니다."향상된 정확도를 달성하기 위해 기존의 고급 미분 광 전파 시뮬레이터로 시뮬레이터를 구성하는 것이 매력적인 미래 방향입니다.&따옴표;
Romano는 앞으로 이것이 오픈 소스 코드이기 때문에&라고 말합니다. 즉, 일단'39;39;39;되면 커뮤니티가 이에 기여할 수 있음을 의미합니다. 그리고 그것이 우리가 정말로 흥분하는 이유입니다.&따옴표; 비록 이 연구 그룹은"일부 인원이지만" 그는 이제 현장에서 일하는 모든 사람이 코드를 개선하고 개선하고 새로운 기능을 도입할 수 있다고 말합니다.
& quot;미분 물리학은 공학 시스템의 시뮬레이션을 위한 새로운 기능을 제공할 것입니다." Carnegie Mellon University의 기계 공학 부교수인 Venkat Viswanathan은 이 연구와 관련이 없다고 말했습니다."미분 가능한 태양 전지 시뮬레이터는 미분 가능한 물리학의 놀라운 예이며, 이제 태양 전지 장치 성능을 최적화하는 새로운 기능을 제공할 수 있습니다." 그는 연구 &를 "흥미로운 진전"이라고 부르며 말합니다.&따옴표;
Mann과 Romano 외에도 팀에는 MIT의 Eric Fadel과 Steven Johnson, Google Brain의 Samuel Schoenholz와 Ekin Cubuk이 포함되었습니다. 이 작업은 Eni SpA, MIT Energy Initiative, MIT Quest for Intelligence에서 부분적으로 지원되었습니다.
