Nella corsa per lo sviluppo di materiali e configurazioni sempre migliori per le celle solari, ci sono molte variabili che possono essere regolate per cercare di migliorare le prestazioni, tra cui il tipo di materiale, lo spessore e la disposizione geometrica. Lo sviluppo di nuove celle solari è stato generalmente un processo volto ad apportare piccole modifiche a uno di questi parametri alla volta. I simulatori computazionali hanno permesso di valutare tali modifiche senza dover effettivamente costruire ogni nuova variazione per il test, ma il processo rimane lento.
Ora, i ricercatori del MIT e di Google Brain hanno sviluppato un sistema che consente non solo di valutare un progetto proposto alla volta, ma di fornire informazioni su quali modifiche forniranno i miglioramenti desiderati. Ciò potrebbe aumentare notevolmente la velocità per l'individuazione di nuove configurazioni migliorative.
I tradizionali simulatori di celle solari prendono i dettagli di una configurazione di celle solari e producono come output un'efficienza prevista, cioè quale percentuale dell'energia della luce solare in entrata viene effettivamente convertita in una corrente elettrica. Ma questo nuovo simulatore prevede l'efficienza e mostra quanto l'output è influenzato da uno qualsiasi dei parametri di input.
Inoltre, come spiegato dal team, "il nostro strumento può identificare un insieme unico di parametri materiali che sono stati trascurati finora perché è molto complesso eseguire quel tipo di simulazioni". Mentre gli approcci tradizionali utilizzano essenzialmente una ricerca casuale di possibili variazioni, il team di ricerca sostiene che, con il suo strumento è possibile "seguire una traiettoria di cambiamento perché il simulatore ti dice in quale direzione stai cambiando il tuo dispositivo. Ciò rende il processo molto più veloce perché invece di esplorare l'intero spazio delle opportunità, puoi semplicemente seguire un singolo percorso" che porta direttamente a prestazioni migliori.
Poiché le celle solari avanzate sono spesso composte da più strati intrecciati con materiali conduttivi per trasportare la carica elettrica dall'uno all'altro, questo strumento computazionale rivela come la modifica degli spessori relativi di questi diversi strati influenzerà l'output del dispositivo. Altre variabili che possono essere valutate includono la quantità di doping (l'introduzione di atomi di un altro elemento) che ogni strato riceve, o la costante dielettrica degli strati isolanti, o il bandgap, una misura dei livelli di energia dei fotoni di luce che possono essere catturati da diversi materiali utilizzati negli strati.
Questo simulatore è ora disponibile come strumento open source che può essere utilizzato immediatamente per aiutare a guidare la ricerca in questo campo. Il simulatore si basa solo su una versione unidimensionale della cella solare, quindi il prossimo passo sarà quello di espandere le sue capacità per includere configurazioni bidimensionali e tridimensionali. Ma Romano ha spiegato che anche questa versione 1D "può coprire la maggior parte delle celle che sono attualmente in produzione". Alcune varianti, come le cosiddette celle tandem che utilizzano materiali diversi, non possono ancora essere simulate direttamente da questo strumento, ma secondo i ricercatori ci sono modi per approssimare una cella solare tandem simulando ciascuna delle singole celle.