En la cursa per desenvolupar millors materials i dissenys per a les cel·les solars, sorgeixen moltes variables que permetrien millorar el rendiment, com seria el tipus de material, el gruix i la disposició geomètrica. El desenvolupament de noves cel·les solars, generalment ha estat un procés tediós que ha consistit en fer petits canvis. Tot i que els simuladors computacionals han permès avaluar aquests canvis sense haver de construir cap prototipus, el procés continua sent lent.
Investigadors del MIT, han desenvolupat un sistema que no només permet avaluar un sol disseny, sinó proporcionar informació sobre quins canvis aportaran les millores desitjades. El nou sistema, anomenat simulador de cel·les solars diferenciables, es va presentar en un article de la revista Computer Physics Communications.
Els simuladors tradicionals de cel·les solars, aporten quin percentatge de l'energia de la llum solar entrant es converteix realment en un corrent elèctric. El nou simulador, prediu l'eficiència i mostra quin punts es veuran afectats per qualsevol dels paràmetres d'entrada. Per tant, directament mostra què passa amb l'eficiència si es fa una capa una mica més gruixuda, o què passa amb l'eficiència si es canvien les propietats dels materials.
De fet, no s'ha descobert un dispositiu nou, però s'ha desenvolupat una eina que permetrà als altres descobrir més ràpidament altres dispositius de més rendiment. Amb aquest sistema, s'està disminuint el nombre de vegades que cal executar un simulador per donar accés més ràpid a un espai més ampli d'estructures optimitzades. A més, aquesta eina pot identificar un únic conjunt de paràmetres dels materials que no es podien tenir en compte, perquè és molt complex executar aquestes simulacions.
Mentre que els enfocaments tradicionals utilitzen essencialment una cerca aleatòria de possibles variacions, diu Mann, amb la seva eina "podem seguir una trajectòria de canvi perquè el simulador us indica en quina direcció voleu canviar el vostre dispositiu. Això fa que el procés sigui molt més ràpid perquè en lloc de explorant tot l'espai d'oportunitats, només podeu seguir un únic camí" que condueix directament a un rendiment millorat.
Com que sovint les avançades cel·les solars es componen de múltiples capes entrellaçades amb materials conductors per transportar càrrega elèctrica d'una a l'altra, aquesta eina computacional revela com el canvi dels gruixos relatius d'aquestes diferents capes afectarà la sortida del dispositiu. Això és molt important perquè el gruix és crític donat que hi ha una forta interacció entre la propagació de la llum i el gruix de cada capa i l'absorció de cada capa.
Altres variables que es poden avaluar, inclouen la quantitat de dopatge (la introducció d'àtoms d'un altre element) que rep cada capa, o la constant dielèctrica de les capes aïllants, o el bandgap, una mesura dels nivells d'energia dels fotons de llum que poden ser capturat pels diferents materials utilitzats en les capes.
Aquest simulador ja està disponible com a eina de codi obert que es pot utilitzar immediatament per ajudar a guiar la investigació en aquest camp. Per fer-ne ús, els investigadors combinarien els càlculs d'aquest dispositiu amb un algorisme d'optimització, o fins i tot un sistema de machine learning, per avaluar ràpidament una gran varietat de possibles canvis i trobar ràpidament les alternatives més interessants.
Actualment, el simulador es basa en una versió unidimensional de la cèl·lula solar, de manera que el següent pas serà ampliar les seves capacitats per incloure configuracions bidimensionals i tridimensionals. Però fins i tot aquesta versió 1D pot cobrir la majoria de les cel·les que actualment estan en producció. Algunes variacions, com les anomenades cel·les en tàndem que utilitzen diferents materials, encara no es poden simular directament amb aquesta eina, però hi ha maneres d'aproximar una cel·la solar en tàndem simulant cadascuna de les cèl·lules individuals.
Font: Sean Mann et al, ∂PV: An end-to-end diferenciable solar-cell simulator, Computer Physics Communications (2021). DOI: 10.1016/j.cpc.2021.108232
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada