Plateforme Scientifique de Simulation Photovoltaïque (TCAD)

SPARC

Environnement de simulation drift-diffusion 1D/2D multi-couches pour les cellules solaires à base de Silicium, Pérovskites, III-V et hétérojonctions avancées.

Pilier Scientifique	Description & Capacités
Modélisation Physique 1D & 2D	Résolution autocohérente de Poisson et de la continuité (drift-diffusion) avec le solveur de référence Sesame (NIST). Maillage adaptatif raffiné automatique aux interfaces.
Gestion des Matériaux	Base de données locale (17 matériaux d'intérêt PV validés par la littérature NREL) étendue par connexion fédérée avec Materials Project et OPTIMADE. Support complet des pérovskites complexes (FAPbI3, MAPbI3, CsPbI3).
Optimisation Multi-paramétrique	Optimisation automatique des épaisseurs, dopages et bandes interdites via algorithmes bayésiens (BoTorch) et de recherche par bandes de confiance (Optuna).
Validation & Métriques Standard	Extraction automatisée des paramètres macroscopiques (Voc, Jsc, FF, PCE) et diagnostics de convergence / validité physique (scientific readiness, validation croisée avec SCAPS-1D/PC1D).

Note aux chercheurs : SPARC intègre des garde-fous physiques stricts pour rejeter ou signaler les solutions non physiques (divergences du solveur, courants hors limites physiques d'illumination). Chaque simulation calcule et fournit un indicateur scientific_readiness détaillant les limites de validité.

Trois Modalités d'Utilisation

SPARC est conçu pour s'adapter à votre flux de travail, qu'il s'agisse de recherche exploratoire visuelle, de scripts d'optimisation automatisés ou d'analyse interactive en terminal.

Version Web

Interface graphique interactive sous forme de Dashboard Flask. Idéal pour concevoir des empilements de couches, visualiser les courbes J-V, explorer les diagrammes de bandes en 1D/2D et discuter avec l'assistant IA intégré.

python -m web.app

Version CLI Batch

                            $ python main.py configs/silicon_homo.json

                            [INFO] Loading SPARC runtime...

                            [INFO] Starting Simulation: 'silicon_base'

                            [SOLVER] Drift-Diffusion converged in 12s.

                            [RESULT] Voc: 0.72V, Jsc: 40.1 mA/cm²

Exécuteur en ligne de commande pour le traitement par lots (batch). Idéal pour automatiser des campagnes de simulation, intégrer SPARC dans un pipeline de calcul ou exécuter des configurations JSON archivées.

python main.py configs/silicon_homo.json

Version CLI Interactive

Console interactive enrichie avec des menus en terminal. Idéal pour explorer rapidement la base de données de matériaux, lancer des optimisations bayésiennes et générer des rapports de benchmarking directement depuis le terminal.

python -m cli_interactif

Galerie de Résultats Scientifiques

La plateforme génère des figures prêtes pour publication (format vectoriel et raster) lors de chaque simulation.

Courbe J-V Sous Illumination AM1.5G. Extraction automatique des paramètres de performance (Jsc, Voc, FF, PCE).

Diagramme de Bandes d'Énergie à l'Équilibre. Visualisation de l'alignement des bandes (Ec, Ev, Ef) pour des hétérojonctions complexes.

Spectre EQE & IQE. Analyse de la réponse spectrale pour diagnostiquer les pertes optiques et de recombinaison.

Trajectoire d'Optimisation BoTorch/Optuna. Suivi de la convergence des algorithmes sur l'espace paramétrique multi-dimensionnel.

                    Architecture du Projet
                    Moteur Physique : Intégré dans simulations/ (modèles de mobilité Masetti, rétrécissement de bande interdite, recombinaisons SRH, Auger et radiatives dépendantes de la température).
Validation & Benchmarks : Scripts d'évaluation de la convergence et de validation physique croisée avec SCAPS-1D et PC1D (dans validation_campaign/).

                

Pages de référence

Besoin	Document	Contenu principal
Démarrage	Installation	Docker, Python local, extras, vérification, dépannage
Prise en main	Tutoriels	Quickstarts web, CLI, API, homojonction, optimisation, validation et erreurs fréquentes
Structure interne	Architecture	Flux, modules, persistance, intégrations web, sessions et validation
Types de calcul	Simulations	Atlas détaillé des 22 types routés, structure JSON, sorties, limites et plan de 3 images par simulation
Exploration paramétrique	Optimisation	Optuna, BoTorch, Sobol, surrogate, résultats
Intégration HTTP	API	Routes Flask, suivi, sessions, workers, LLM, utilitaires
Données matériaux	Matériaux	Sources locales, SQLite, Materials Project, OPTIMADE, import DFT
Hypothèses physiques	Physique	Transport, mobilités, BGN, recombinaisons, optique, SQ
Benchmarking	Benchmarking	Campagne de validation, critères PASS/FAIL, références SCAPS-1D, PC1D, NREL et rapports auditables
Mise en service	Déploiement	Construction, reverse proxy, sauvegarde, surveillance, incidents
Diagnostic	Dépannage	Triage web/API, SQLite, matériaux, polling, Sesame, validité scientifique et optimisation

Couverture fonctionnelle

Zone	Présent dans le projet	Documenté ici
Simulation	`router.py`, `simulations/*`, résultats, exports, profiling, validation	Simulations, Physique, Benchmarking, API
Matériaux	base locale, recherche fédérée, save/delete, import DFT, fusion	Matériaux, API
Optimisation	Optuna, BoTorch, heatmap, sensibilité, surrogate, PDF	Optimisation, API
Web UI	`/form`, `/history`, `/results`, `/compare`, `/materials`, `/optimize`, `/chat`, `/statistics`, `/validation`	Architecture, API
Sessions et aperçu	`/api/session/*`, `/api/preview-system`, `web/session_manager.py`, `web/unified_workflow.py`	API, Architecture
Agent LLM	chat, config provider, profils, historique, estimation de coût, conversations	API, Architecture
Supervision	état workers, état tasks, revoke, statistiques globales	API, Déploiement

Entrées du produit

Entrée	Usage	Commande ou route
Web	formulaire, historique, comparaison, résultats, validation	`python -m web.app` puis `http://localhost:5000`
CLI batch	exécution JSON directe	`python main.py configs/silicon_homo.json`
CLI interactif	navigation terminal, optimisation, export, comparaison	`python -m cli_interactif`
API	pilotage externe	`/api/generate-json`, `/api/run-simulation/<id>`, `/api/optimize/*`

Contrats de lecture

Un statut HTTP 200 ou une page de résultats affichable ne prouve pas la validité physique d'un résultat.
Les simulations multi_layer, tandem et triple_junction doivent être relues avec scientific_readiness, iv_metrics_valid et les diagnostics physiques.
Les claims de validation doivent être lus avec la campagne validation_campaign/ et la page Benchmarking.
La recherche matériaux garde volontairement les doublons inter-sources et expose l'état fournisseur local, Materials Project et OPTIMADE.
Les intégrations Celery et LLM sont optionnelles. La documentation distingue le chemin local minimal et les extensions disponibles.