北理姜巖&陳棋AM：光學(xué),電學(xué),熱學(xué),應(yīng)力模擬提升PSCs的性能與穩(wěn)定性

發(fā)表時間：2025-09-17 10:52

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主要內(nèi)容

在北京理工大學(xué)姜巖教授和蘇州大學(xué)楊陣海副教授的引領(lǐng)下，其研究團(tuán)隊圍繞鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）展開了深入且系統(tǒng)的探索。在這一研究進(jìn)程中，器件模擬發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，已然成為推動該電池性能持續(xù)提升、助力深入理解其內(nèi)在機制不可或缺的關(guān)鍵工具。借助**的器件模擬技術(shù)，團(tuán)隊得以對光管理策略、電荷傳輸機制以及器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化等多個核心方面展開全面且系統(tǒng)的探索。

本文綜述著重強調(diào)了姜巖教授與楊陣海副教授團(tuán)隊在建模領(lǐng)域?qū)τ阝}鈦礦太陽能電池開發(fā)所起到的關(guān)鍵支撐作用。具體聚焦于五個關(guān)鍵研究領(lǐng)域：光學(xué)管理方面，涵蓋了光在電池中的吸收、反射和散射過程，這對于提高電池對光能的捕獲和利用效率至關(guān)重要；電學(xué)過程研究包括載流子動力學(xué)、缺陷鈍化和界面工程，旨在深入理解電池內(nèi)部電荷的傳輸與復(fù)合機制，優(yōu)化電池的電學(xué)性能；熱效應(yīng)研究涉及熱產(chǎn)生與熱耗散，因為電池在工作過程中會產(chǎn)生熱量，合理的熱管理對于維持電池的穩(wěn)定性和延長使用壽命具有重要意義；機械應(yīng)力研究包含結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與降解機制，有助于揭示電池在不同環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)變化和失效原因；能量產(chǎn)出研究則涉及實際輸出功率、性能提升與器件降解，直接關(guān)系到電池的實際應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益。

此外，該團(tuán)隊還深入探討了多物理場模擬在解決復(fù)雜器件挑戰(zhàn)、加速開發(fā)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池方面的獨特優(yōu)勢和廣闊應(yīng)用前景。多物理場模擬能夠綜合考慮光、電、熱、力等多個物理場的相互作用，更真實地反映電池的實際工作狀態(tài)，為優(yōu)化電池設(shè)計和提高性能提供有力支持。文章全面總結(jié)了團(tuán)隊在串聯(lián)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、界面工程方面取得的一系列關(guān)鍵成果，以及在真實運行條件下對器件降解路徑的深入見解。這些研究成果不僅為鈣鈦礦太陽能電池的性能提升提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，也為該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

然而，研究之路并非一帆風(fēng)順，當(dāng)前仍面臨諸多挑戰(zhàn)。文章最后明確指出了模擬非理想特性、模擬方法的可擴展性以及實驗驗證等亟待解決的問題。模擬非理想特性意味著現(xiàn)有的模擬模型可能無法完全準(zhǔn)確地反映電池的實際性能，需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善；模擬方法的可擴展性關(guān)系到模擬技術(shù)能否應(yīng)用于大規(guī)模電池系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化；實驗驗證則是確保模擬結(jié)果可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要通過大量的實驗數(shù)據(jù)來驗證模擬模型的準(zhǔn)確性和有效性。針對這些挑戰(zhàn)，姜巖教授與楊陣海副教授團(tuán)隊也對多物理場建模的未來發(fā)展方向進(jìn)行了前瞻性的展望，為后續(xù)研究指明了方向。

本綜述通過巧妙融合理論與實驗視角，充分凸顯了模擬在推動鈣鈦礦光伏（PV）技術(shù)在可持續(xù)能源系統(tǒng)中實現(xiàn)更高性能、更強穩(wěn)定性和更廣泛應(yīng)用方面所具有的變革性潛力。模擬技術(shù)就像一座橋梁，連接了理論研究與實際應(yīng)用，為鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化發(fā)展提供了強大的技術(shù)支持。

在實際研究過程中，為進(jìn)一步提高研究效率、減少不必要的資源浪費，基于模型輸出定位感興趣區(qū)域是至關(guān)重要的一個步驟。姜巖教授與楊陣海副教授團(tuán)隊通過巧妙集成機器學(xué)習(xí)算法，成功實現(xiàn)了這一過程的有效加速，從而順利達(dá)成預(yù)期研究結(jié)果。具體而言，機器學(xué)習(xí)（ML）算法能夠借助數(shù)據(jù)驅(qū)動的代理模型，快速準(zhǔn)確地預(yù)測材料屬性，大大縮短了傳統(tǒng)實驗方法所需的時間和成本。同時，通過全局敏感性分析，該算法可以精準(zhǔn)識別關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，為優(yōu)化電池設(shè)計提供有力依據(jù)。這一創(chuàng)新方法使得設(shè)計空間的探索更加快速和智能，能夠在更高效地收斂至**解的同時，顯著減少低效模擬的次數(shù)，提高研究效率。

此外，團(tuán)隊所借助的人工智能輔助平臺還具備強大的預(yù)測能力，能夠預(yù)測有潛力的材料組合和器件結(jié)構(gòu)，幫助研究人員避開性能低下的區(qū)域，從而大幅降低高精度模擬的計算成本。這一平臺的應(yīng)用為鈣鈦礦太陽能電池的研發(fā)提供了全新的思路和方法，有助于加速新材料的發(fā)現(xiàn)和新型器件的設(shè)計。

最終，這種新型建模范式旨在徹底變革傳統(tǒng)的器件設(shè)計周期，打破傳統(tǒng)試錯法的局限，加速**光伏技術(shù)的開發(fā)進(jìn)程。通過引入**的模擬技術(shù)和機器學(xué)習(xí)算法，研究人員能夠更加精準(zhǔn)地設(shè)計和優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，解鎖傳統(tǒng)試錯法難以實現(xiàn)的新型設(shè)計策略，為鈣鈦礦太陽能電池的未來發(fā)展開辟更加廣闊的空間。