Ученые УрФУ создали базу данных конфигураций ячеек с большинством показателей фотоэлектрических характеристик перовскитных солнечных элементов (ПСЭ). Она поможет ускорить изготовление новых высокоэффективных и стабильных конфигураций солнечных элементов, которые используются в космосе и электронной промышленности. Описание базы данных опубликовано в журнале Data in Brief.
«На данный момент существуют наборы данных о ПСЭ, причем их довольно много, но они ограничены, плохо структурированы и содержат неполную или отсутствующую информацию. Какие-то из них являются закрытыми, и получить к ним доступ не всегда возможно даже по запросу. Наша разработка содержит множество параметров, влияющих на характеристики солнечных элементов, например, типы слоев переноса заряда, ионный состав и многие другие важные атрибуты для эффективной работы устройств такого вида. Представленный нами материал поможет исследователям преодолеть проблемы, возникающие из-за отсутствия высококачественных экспериментальных данных, и как следствие — улучшить конфигурации ПСЭ с помощью вычислительного анализа и методов машинного обучения», — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории фотовольтаических материалов УрФУ Иван Новоселов.
База данных подходит для описания различных архитектур устройств и состоит из 7182 конфигураций, добавляет исследователь. Комплексная организация параметров дает возможность обучать ИИ, что в свою очередь позволяет разрабатывать улучшенные фотоэлектрические конструкции.
Исследователи также подготовили обученные модели машинного обучения, позволяющие прогнозировать наиболее перспективные конфигурации для оптимизации ПСЭ. Их анализ показал нелинейные зависимости между характеристиками ПСЭ и позволил понять процесс принятия решений разработанными моделями.
Иван Новоселов отмечает, что сочетание данных моделирования и машинного обучения обеспечивает системный подход к расширению пространства параметров и определению оптимальных конфигураций солнечных элементов. Это позволит ученым сократить количество необходимых реальных физических прототипов и сосредоточить усилия лабораторий на наиболее перспективных конфигурациях. Как следствие, ускорится синтез и разработка новых материалов и конструкций для более эффективных и стабильных солнечных элементов.
Дальнейшие планы научного коллектива будут сосредоточены на расширении базы данных.
Отметим, исследования в лаборатории фотовольтаических материалов УрФУ проводятся при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий (программа развития «Приоритет-2030») и Российского научного фонда.
Отметим, о других перспективных направлениях развития солнечной энергетики Иван Жидков рассказал в новом видео проекта «Формула эволюции».
Справка
Перовскитные солнечные элементы — это фотоэлектрические устройства, в которых активный слой имеет кристаллическую структуру перовскита (обычно гибрид органо-неорганических свинцовых или оловянных галогенов). Разработка таких устройств является перспективной областью из-за высокого коэффициента преобразования света в электричество (в лабораторных условиях более 25-26 %), низкой стоимости производства, лёгкости и гибкости материалов, а также потенциала для интеграции в архитектурные системы. По оценкам, рынок перовскитных солнечных элементов в 2024 году оценивался в примерно 200-350 млн долларов, и прогнозируется, что к 2030-2034 годам рынок вырастет до нескольких млрд долларов.
Солнечная ячейка — структура, состоящая из различных слоев: транспортных (электронные и дырочные), активных (перовскит) и различных контактов (проводники).