4 мин. чтения
3/6/2024 11:39:04 AM

Умная оптимизация прокладывает путь для улучшения производительности солнечных элементов кремния

Article Preview Image Графическая абстракция.Кредит: ACS Applied Materials & Interfaces (2024).Doi: 10.1021/acsami.3c16202

Перед лицом постоянно растущей угрозы изменения климата последние несколько десятилетий стали свидетелями значительного прогресса в технологии солнечной энергии.В частности, солнечные элементы кремния гетероперехождения (SHJ) стали горячей темой в этой области, поскольку они могут достичь очень высокой эффективности преобразования энергии.

Производительность солнечных элементов SHJ зависит от качества их пассивационного слоя.Эта тонкая пленка, изготовленная из внутреннего гидрогенизированного аморфного кремния (I-A-Si: H), помогает предотвратить теряние носителей заряда (например, электроны) в процессе рекомбинации.

Недавно исследователи из Японского института науки и технологий (JAIST) сосредоточены на использовании метода, известного как каталитическое химическое осаждение пара (CAT-CVD) для формирования тонких пассивальных пленок на солнечных элементах SHJ.

В целом, Cat-CVD является привлекательной и высокоэффективной техникой, которая может депонировать пленки, не вызывая повреждения субстрата, в отличие от методов осаждения на основе плазмы.Однако определение оптимальных условий осаждения для получения высококачественных фильмов I-A-SI: H оказалось трудным.Это связано с тем, что Cat-CVD имеет несколько регулируемых параметров, включая температуру субстрата, скорости потока газа и время осаждения.Таким образом, определение наилучшей комбинации через пробную версию и ошибку чрезвычайно занимает много времени.

Теперь, в недавнем исследовании, опубликованном в ACS Applied Materials and Interfaces, исследовательская группа, возглавляемая профессором Кейсуке Охдайра из Jaist, разработала инновационную и эффективную стратегию для получения оптимальных условий осаждения для Cat-CVD.

Исследование было в соавторстве с Риотой Охаси, студентом-магистерством, помощником по исследованию профессора Хуинх Ти Кэм Ту и старшим техническим специалистом Койичи Хигасимин из Джайста вместе с доктором Кентаро Куцукаке, исследователем в Рикене.

Предлагаемая стратегия основана на практической реализации метода оптимизации, известной как «байесовская оптимизация» (BO).Эта популярная методология, которая опирается на машинное обучение, может быть использована для определения максимумов функции неизвестной формы.

В контексте CAT-CVD BO включает последовательный процесс, в котором набор известных условий осаждения и их соответствующий выход подается на алгоритм, который затем прогнозирует выходные данные для условий осаждения, которые еще не оцениваются.Повторно проверяя прогнозируемые условия осаждения и подав результаты обратно в алгоритм, он в конечном итоге останавливается на оптимальных значениях.

Однако применение BO к проблеме CAT-CVD не является простым.«В простой байесовской оптимизации, нацеленной исключительно на максимизацию срока службы носителя, нет никаких функций для регулирования толщины пленки, предложенной для следующих экспериментальных условий, что приводит к толстым пленкам, которые могут вызвать эксплуатационные проблемы», - объясняет профессор Охдайра.

«Кроме того, предполагаемые экспериментальные условия могут привести к комбинациям, которые не являются осуществимыми, такими как несоответствия между скоростью потока газа и пропускной способностью выхлопного оборудования оборудования для осаждения пленки».

Чтобы решить эти ограничения, исследователи внедрили практическую схему оптимизации, известную как «ограниченная Бо».В этом они объединили три различных моделя прогнозирования.Первый предсказал представление депонированного фильма с точки зрения срока службы перевозчика.

Вторая модель оценила давление осаждения на основе входных скоростей потока газа, что помогло исключить невозможные или нереалистичные условия осаждения.Наконец, третья модель помогла ограничить толщину предлагаемой пленки, рассматривая время осаждения, важный параметр в Cat-CVD.

После кормления своей комбинированной модели 14 начальными образцами (с точки зрения условий осаждения и экспериментально измеренных пленок), исследователям пришлось провести восемь циклов оптимизации для достижения высоких времен жизни, достигнув полной оптимизации только после двадцати циклов.

Интересно, что предложения модели помогли исследовательской группе идентифицировать ранее неизвестные комбинации параметров, ведущие к высоким срокам жизни.

«Из -за различных параметров осаждения множества пленки в соответствии с предположениями о ограниченной байесовской оптимизации мы обнаружили, что комбинация температуры субстрата во время осаждения пленки и скорости потока газового газа предшественника имеет решающее значение для достижения сильной способности подавлять рекомбинацию носителя», - говорит проф.. Охдайра.«Таким образом, ограниченная байесовская оптимизация обеспечивает не только оптимальные условия осаждения, но и научные знания».

Вместе результаты этого исследования демонстрируют потенциал ограниченного BO для разработки не только высокопроизводительных солнечных элементов, но и всех видов устройств.Профессор Охдайра приходит к выводу: «Предложенный подход должен быть применим в широком спектре полей для практической оптимизации сложных материалов, включая осаждение пленки, что является фундаментальным для производства большинства электронных устройств».

Больше информации: Ryota Ohashi et al., Высокие характеристики пассивации Cat-Cvd I-A-Si: H, полученная от байесовской оптимизации с практическими ограничениями, ACS Applied Materials & Interfaces (2024).Doi: 10.1021/acsami.3c16202

Получи бесплатную еженедельную рассылку со ссылками на репозитории и лонгриды самых интересных историй о стартапах 🚀, AI технологиях 👩‍💻 и программировании 💻!
Присоединяйся к тысячам читателей для получения одного еженедельного письма

Подписывайся на нас:

Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.

Добавляй ЛРНЧ в свою ленту Google Новостей.
Читайте далее 📖

Может ли новая техника для «изогнутого» света стать секретом улучшения беспроводной связи?

4/10/2024 · 4 мин. чтения

Может ли новая техника для «изогнутого» света стать секретом улучшения беспроводной связи?

Новая техника оценки долговечности защищает от солнечной изменчивости для развития выработки зеленого водорода

4/9/2024 · 4 мин. чтения

Новая техника оценки долговечности защищает от солнечной изменчивости для развития выработки зеленого водорода