KR102478303B1 - Artificial intelligence model for optimization of thin film coating of perovskite solar cell and its driving method - Google Patents

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KR102478303B1
KR102478303B1 KR1020220060619A KR20220060619A KR102478303B1 KR 102478303 B1 KR102478303 B1 KR 102478303B1 KR 1020220060619 A KR1020220060619 A KR 1020220060619A KR 20220060619 A KR20220060619 A KR 20220060619A KR 102478303 B1 KR102478303 B1 KR 102478303B1
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하재준
이준혁
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Abstract

The present invention relates to a big data-based artificial intelligence model for optimization of thin film coating of a perovskite solar cell and a driving method thereof. A big data-based artificial intelligence model for optimization of thin film coating of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention may include: a communication interface part that collects big data of a coating thickness according to variables affecting the thin film of the light absorption layer of a solar cell; and a control part that analyzes the collected big data using support vector machine regression to which supervised learning of machine learning is applied, predicts the thickness of the thin film of the light absorption layer, and controls the adjustment of the thickness of the thin film based on a predicted value according to the prediction.

Description

페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델 및 그 구동방법{ARTIFICIAL INTELLIGENCE MODEL FOR OPTIMIZATION OF THIN FILM COATING OF PEROVSKITE SOLAR CELL AND ITS DRIVING METHOD}Artificial intelligence model for optimizing perovskite solar cell thin film coating and its driving method

본 발명은 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 페로브스카이트 태양전지 혹은 용액공정 광전소자의 제조시 빅데이터를 생성해 인공지능 모델 즉 프로그램을 적용해 분석하여 분석 결과를 근거로 박막 코팅을 최적화할 수 있는 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial intelligence model for optimizing thin film coating of a perovskite solar cell and a method for driving the same. In other words, it is about a method of driving a perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model that can optimize thin film coating based on the analysis result by applying a program to analyze it.

현재 글로벌하게 석유, 석탄 및 천연가스 등의 화석연료의 에너지 고갈 문제가 심각해지는 문제점을 해결하기 위해 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하는 추세로 산업통상자원부의 제9차 전력 수급 기본 계획의 전원별 설비 용량 비중을 살펴보면 원전과 화석연료의 비중이 대폭 감소하는 것에 비해 신재생 에너지의 비중이 대폭 증가하는 것을 볼 수 있다. 새로운 재생 에너지원으로 태양 에너지원, 풍력, 수력, 해양에너지, 바이오에너지, 수소에너지 등을 이용한 다양한 방법들이 연구되고 있는 가운데 태양에너지에서 태양광을 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 부분에 대하여 가장 많이 사용하고 있으며, 태양전지는 소재에 따라 무기(Inorganic) 태양전지, 유기(Organic) 태양전지, 유-무기 하이브리드(Organic- Inorganic) 태양전지로 분류되고 있다.As interest in new and renewable energy is increasing in order to solve the problem of global energy depletion of fossil fuels such as oil, coal and natural gas, the 9th Basic Plan for Electricity Supply and Demand of the Ministry of Trade, Industry and Energy Looking at the share of installed capacity, it can be seen that the share of new and renewable energy has increased significantly, while the share of nuclear power and fossil fuels has drastically decreased. While various methods using solar energy sources, wind power, water power, marine energy, bioenergy, hydrogen energy, etc. are being researched as new renewable energy sources, about the part of converting light energy into electrical energy by using sunlight in solar energy Solar cells are the most widely used, and solar cells are classified into inorganic solar cells, organic solar cells, and organic-inorganic hybrid solar cells depending on the material.

페로브스카이트 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지를 대체하는 차세대 태양전지로 페로브스카이트 구조를 가진 유-무기 하이브리드 물질을 광 활성층으로 사용하는 태양전지 소자로 2009년 Tsutomu Miyasaka 교수가 MaPbI3 페로브스카이트 물질을 최초로 사용하였고, 2014년 한국화학연구원 팀이 스핀 코팅 방법을 이용한 모듈 제작을 보고하였으며, 2015년 경희대 임상혁 교수 연구팀은 p-i-n 소자 구조를 갖는 페로브스카이트 모듈 제작하는 등 차세대 태양전지로써 빠른 성장을 하고 있다. Perovskite solar cell is a next-generation solar cell that replaces the existing silicon solar cell. It is a solar cell device that uses an organic-inorganic hybrid material with a perovskite structure as a photoactive layer. The skyte material was used for the first time, and in 2014, a team at the Korea Research Institute of Chemical Technology reported the fabrication of a module using the spin coating method. are growing fast

그런데, 페로브스카이트 태양전지와 관련된 기존 연구로 국내·외 1,631건의 논문을 검색해 본 결과, 많은 연구기관에서 모듈 크기에 대한 연구가 주로 진행되고 있으나, 빅데이터를 기반으로 분석한 박막 코팅 최적화 모델을 이용한 연구는 찾아 볼 수가 없다.By the way, as a result of searching 1,631 papers at home and abroad for existing research related to perovskite solar cells, many research institutes are mainly conducting research on module size, but a thin film coating optimization model analyzed based on big data I can't find any studies using .

한국등록특허공보 제10-1998021호(2019.07.02)Korea Patent Registration No. 10-1998021 (2019.07.02) 한국등록특허공보 제10-2161421호(2020.09.24)Korean Registered Patent Publication No. 10-2161421 (2020.09.24)

본 발명의 실시예는 가령 페로브스카이트 태양전지 혹은 용액공정 광전소자의 제조시 빅데이터를 생성해 인공지능 모델 즉 프로그램을 적용해 분석하여 분석 결과를 근거로 박막 코팅을 최적화할 수 있는 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델 및 그 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.An embodiment of the present invention is, for example, a perovskite solar cell or a perovskite that can optimize thin film coating based on the analysis result by generating big data and applying an artificial intelligence model, that is, a program, in the manufacture of a photovoltaic device. The purpose is to provide an artificial intelligence model and its driving method for optimizing the thin film coating of Skye solar cells.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델은 태양전지의 광 흡수층 박막에 영향을 미치는 변수(factor)에 따른 코팅 두께의 빅데이터를 수집하는 통신 인터페이스부, 및 상기 수집한 빅데이터를 머신러닝(Machinelearning)의 지도 학습을 적용한 서포트 벡터 머신 회귀(Support Vector Machine Regression)를 이용해 분석하여 상기 광 흡수층 박막의 두께를 예측하며, 상기 예측에 따른 예측값을 근거로 상기 박막의 두께를 조절하도록 제어하는 제어부를 포함한다.The perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model according to an embodiment of the present invention includes a communication interface unit for collecting big data of the coating thickness according to factors affecting the thin film of the light absorption layer of the solar cell, and the above The collected big data is analyzed using support vector machine regression to which supervised learning of machine learning is applied to predict the thickness of the light absorbing layer thin film, and based on the predicted value according to the prediction, the thickness of the thin film It includes a control unit that controls to adjust the thickness.

상기 제어부는 상기 서포트 벡터 머신 회귀의 분석 모델로서 데이터를 비선형 변환에 추가하는 비선형 다항식(polynomial) 커널 또는 시그모이드 함수를 사용하여 신경망과 유사한 시그모이드 커널의 회귀분석 알고리즘을 실행시킬 수 있다.The control unit may execute a regression analysis algorithm of a sigmoid kernel similar to a neural network using a nonlinear polynomial kernel or a sigmoid function that adds data to a nonlinear transformation as an analysis model of the support vector machine regression.

상기 제어부는, 상기 예측값을 근거로 페로브스카이트 태양전지의 광 흡수층 박막을 형성할 수 있다.The control unit may form a light absorption layer thin film of a perovskite solar cell based on the predicted value.

상기 제어부는, 상기 광 흡수층 박막에 영향을 미치는 베드(bed) 온도(TMP), 코팅 속도(SPD), 질소 블로잉(N2 blowing) 간격(DIST), 질소 블로잉 높이(HG) 및 질소 블로잉 세기(BAR)에 따른 박막 두께의 데이터를 활용할 수 있다.The control unit controls a bed temperature (TMP), a coating speed (SPD), a nitrogen blowing (N 2 blowing) interval (DIST), a nitrogen blowing height (HG), and a nitrogen blowing intensity (which affect the light absorption layer thin film). The thin film thickness data according to BAR) can be utilized.

상기 제어부는, 상기 변수에 따른 코팅 두께와 관련해 수집한 데이터를 전처리하여 상기 전처리한 데이터를 이용해 머신러닝의 지도 학습 동작을 수행할 수 있다.The control unit may pre-process collected data related to the coating thickness according to the variable and perform a supervised learning operation of machine learning using the pre-processed data.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델의 구동방법은, 통신 인터페이스부가 태양전지의 광 흡수층 박막에 영향을 미치는 변수(factor)에 따른 코팅 두께의 빅데이터를 수집하는 단계, 및 제어부가 상기 수집한 빅데이터를 머신러닝의 지도 학습을 적용한 서포트 벡터 머신 회귀를 이용해 분석하여 상기 광 흡수층 박막의 두께를 예측하며, 상기 예측에 따른 예측값을 근거로 상기 박막의 두께를 조절하도록 제어하는 단계를 포함한다.In addition, the driving method of the perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model according to an embodiment of the present invention, the big data of the coating thickness according to the variable (factor) that the communication interface affects the thin film of the light absorption layer of the solar cell Collecting, and a control unit analyzes the collected big data using support vector machine regression to which supervised learning of machine learning is applied to predict the thickness of the light absorbing layer thin film, and based on the predicted value according to the prediction, the thickness of the thin film and controlling to adjust the thickness.

본 발명의 실시예에 따르면 가령 페로브스카이트 태양전지의 광 흡수층 박막을 형성할 때 박막의 형성에 영향을 미치는 변수에 따른 박막 두께의 빅데이터를 이용하여 박막을 형성함으로써 소자의 성능을 높일 수 있을 것이다.According to an embodiment of the present invention, for example, when forming a light absorption layer thin film of a perovskite solar cell, the performance of the device can be improved by forming the thin film using big data of the thickness of the thin film according to variables affecting the formation of the thin film. There will be.

또한, 본 발명의 실시예는 빅데이터의 분석을 통한 박막 두께의 예측시 머신러닝의 지도 학습을 적용하는(또는 토대로 하는) 서포트 벡터 머신 회귀모델(혹은 회귀 알고리즘)로서 가우시안 커널의 사용시 예측 정확도가 증가할 수 있지만, 파라미터에 튜닝을 적용하는 경우에는 선형 커널, 비선형 다항식 커널이나 시그모이드 커널 함수 등의 알고리즘을 사용하여도 예측 정확도를 증가시킬 수 있다.In addition, the embodiment of the present invention is a support vector machine regression model (or regression algorithm) that applies (or is based on) supervised learning of machine learning when predicting the thickness of a thin film through analysis of big data. When using a Gaussian kernel, the prediction accuracy is However, when tuning is applied to parameters, prediction accuracy can be increased by using an algorithm such as a linear kernel, a nonlinear polynomial kernel, or a sigmoid kernel function.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델의 세부구조를 예시한 도면,
도 2는 3D 슬롯-다이 코팅 방식을 설명하기 위한 도면,
도 3은 기능별 상관관계Correlation by feature)를 설명하기 위한 도면,
도 4는 서포트 벡터 회귀를 설명하기 위한 도면,
도 5는 선형 및 R.B.F의 플롯(plot)을 보여주는 도면,
도 6은 다항식 및 시그모이드의 플롯을 보여주는 도면,
도 7은 조정된 선형 및 R.B.F의 플롯을 보여주는 도면,
도 8은 조정된 다항식 및 시그모이드의 플롯을 보여주는 도면, 그리고
도 9는 도 1의 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating the detailed structure of an artificial intelligence model for optimizing thin film coating of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram for explaining a 3D slot-die coating method;
3 is a diagram for explaining correlation by feature);
4 is a diagram for explaining support vector regression;
5 shows plots of linearity and RBF;
6 shows plots of polynomials and sigmoids;
7 shows plots of adjusted linearity and RBF;
8 shows a plot of the adjusted polynomial and sigmoid, and
9 is a flowchart illustrating a driving process of an artificial intelligence model for optimizing the coating of a thin film of a perovskite solar cell of FIG. 1 .

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델의 세부구조를 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating the detailed structure of an artificial intelligence model for optimizing thin film coating of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델(100)은 통신 인터페이스부(110), 제어부(120) 및 박막코팅 최적화부(130) 및 저장부(140)의 일부 또는 전부를 포함한다.As shown in FIG. 1, the perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model 100 according to an embodiment of the present invention includes a communication interface unit 110, a control unit 120 and a thin film coating optimization unit 130 and part or all of the storage unit 140 .

여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 저장부(140)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델(100)가 구성되거나, 박막코팅 최적화부(130)와 같은 일부 구성요소가 제어부(120)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.Here, "including some or all" means that some components such as the storage unit 140 are omitted so that the perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model 100 is configured, or the thin film coating optimization unit 130 ), which means that some components, such as the control unit 120, can be integrated into other components such as the control unit 120, and will be described as including all of them to help a sufficient understanding of the invention.

본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델(100)은 빅데이터를 기반으로 박막 코팅을 최적화하기 위한 공정장비로서 코팅장치이거나 박막 코팅을 최적화하기 위한 최적값(예: 두께 예측값)을 코팅장치로 제공하여 코팅이 이루어지도록 하는 공장장비 또는 컴퓨터 등으로 구성될 수 있다.Perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model 100 according to an embodiment of the present invention is a process equipment for optimizing thin film coating based on big data, and is a coating device or an optimal value for optimizing thin film coating (eg : It may be composed of factory equipment or a computer that provides a coating device with a thickness prediction value) so that the coating is performed.

일반적인 반도체 소자의 제조와 마찬가지로 본 발명의 실시예에 따른 가령 페로브스카이트 태양전지의 광소자도 클린룸(clean room) 내에 구비되는 다수의 공정장비에 의해 형성된다고 볼 수 있다. 물론, 공정장비의 내부에는 웨이퍼, 석영기판이나 유리기판상에 광소자를 형성하기 위해 각각의 공정을 수행하는 다수의 챔버(chamber)가 구비될 수 있다. 통상적으로 페로브스카이트 태양전지는 기본적으로 후면전극, 홀전도층, 광흡수층, 전자전도층, 전면 투명전극, 유리기판의 구조로 이루어질 수 있으며, 전면에서 입사된 태양빛이 광흡수층에 흡수되어 광흡수층으로부터 전자-정공쌍이 형성되어 전기를 발생하는 형태로 이루어진다.Similar to the manufacture of a general semiconductor device, it can be seen that the optical device of the perovskite solar cell according to the embodiment of the present invention is also formed by a plurality of process equipment provided in a clean room. Of course, a plurality of chambers may be provided inside the process equipment to perform each process to form an optical device on a wafer, quartz substrate, or glass substrate. Conventionally, a perovskite solar cell may basically consist of a structure of a back electrode, a hole conducting layer, a light absorbing layer, an electron conducting layer, a front transparent electrode, and a glass substrate, and sunlight incident from the front is absorbed by the light absorbing layer, Electron-hole pairs are formed from the light absorption layer to generate electricity.

또한, 국내의 한양솔라에너지 사(社)의 경우에는 기판상에 형성된 전면전극, 전자 전공층, 페로브스카이트 광흡수층, 정공 전도층 및 후면 전극을 포함하며, 페로브스카이트 광흡수층은 전면층 구간, 후면층 구간 및 전면층 구간과 후면층 구간 사이에 배치된 에너지 밴드갭 경사층 구간을 포함하여 에너지 밴드갭이 휘어진만큼 전기장을 받아 전면쪽으로 재결합없이 이동할 수 있는 확률이 개선된 태양전지를 선보이고 있다. 전자수집효율이 개선된 페로브스카이트 태양전지는 광흡수층의 전면층 구간에서 에너지가 큰 태양빛을 잘 흡수하며, 광흡수층의 후면층 구간에서는 긴 거리를 효율적으로 이동할 수 있는 페로브스카이트 광흡수층을 포함하는 태양전지를 구현한 바 있다.In addition, in the case of Hanyang Solar Energy in Korea, it includes a front electrode, an electron hole layer, a perovskite light absorbing layer, a hole conducting layer, and a back electrode formed on a substrate, and the perovskite light absorbing layer is A solar cell with improved probability of moving to the front side without recombination by receiving an electric field as much as the energy band gap is bent, including the layer section, the back layer section, and the energy band gap gradient layer section disposed between the front layer section and the back layer section are presenting A perovskite solar cell with improved electron collection efficiency absorbs high-energy sunlight well in the front layer section of the light absorption layer, and perovskite light that can efficiently move long distances in the back section of the light absorption layer. A solar cell including an absorber layer has been implemented.

도 1의 통신 인터페이스부(110)는 제어부(120)의 제어하에 광 흡수층 박막의 형성에 영향을 미치는 변수들과 관련한 데이터를 수집한다. 물론 이러한 데이터를 수집하기 위하여 사전에 공정장비의 관리자나 공정장비 개발자 등에 의해 어떠한 유형의 데이터를 수집하려는지에 대한 설정 작업이 선행될 수 있다. 따라서, 통신 인터페이스부(110)는 주변의 다양한 공정장비와 연계하여 박막 형성에 관련되는 데이터 혹은 해당 장비의 동작 데이터를 수집하는 것이 가능하다. 여기서 동작 데이터는 주변의 공정장비에서 공정이 이루어질 때의 동작 상태와 관련한 데이터를 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따라 태양전지의 광흡수층 박막 형성에 영향을 미치는 변수는 베드(bed) 온도, 코팅 속도, N2 blowing 간격, N2 bowing 높이, N2 blowing 세기 등의 변수를 포함할 수 있다.The communication interface unit 110 of FIG. 1 collects data related to variables affecting the formation of the light absorption layer thin film under the control of the control unit 120 . Of course, in order to collect such data, a process equipment manager or a process equipment developer may precede setting work on what type of data to collect. Therefore, the communication interface unit 110 can collect data related to thin film formation or operation data of the corresponding equipment in association with various process equipment in the vicinity. Here, the operation data includes data related to an operation state when a process is performed in the surrounding process equipment. For example, variables affecting the formation of a light absorption layer thin film of a solar cell according to an embodiment of the present invention include bed temperature, coating speed, N 2 blowing interval, N 2 bowing height, and N 2 blowing intensity. can include

제어부(120)는 도 1의 통신 인터페이스부(110), 박막코팅 최적화부(130) 및 저장부(140)의 전반적인 제어 동작을 담당한다. 대표적으로 제어부(120)는 통신 인터페이스부(110)를 통해 수집되는 데이터를 저장부(140)에 저장한 후 빅데이터 분석을 위하여 박막코팅 최적화부(130)에 해당 데이터를 제공할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 박막코팅 최적화부(130)의 빅데이터 분석 결과를 제공받아 이를 근거로 코팅장비의 경우에는 직접 박막 코팅 공정을 진행하거나, 연결되어 있는 별도의 코팅장비로 해당 데이터를 제공하도록 통신 인터페이스부(110)를 제어할 수 있다. 여기서, 빅데이터 분석 결과는 박막 코팅을 위한 예측값이 될 수 있다. 이의 예측값은 인공지능의 딥러닝 프로그램을 실행하여 얻을 수 있으며, 더 정확하게는 새로운 재생에너지 중 하나인 페로브스카이트 태양전지의 광 흡수층 박막 최적화를 추정하기 위하여 머신러닝의 지도 학습을 적용하되 서포트 벡터 머신의 비선형 다항식 커널이나 시그모이드 커널의 회귀분석 모델(혹은 알고리즘)을 사용함으로써 추정 정확도를 증가시킬 수 있다.The control unit 120 is in charge of overall control operations of the communication interface unit 110 of FIG. 1 , the thin film coating optimization unit 130 and the storage unit 140 . Representatively, the control unit 120 may store data collected through the communication interface unit 110 in the storage unit 140 and then provide the corresponding data to the thin film coating optimization unit 130 for big data analysis. In addition, the control unit 120 receives the big data analysis results of the thin film coating optimization unit 130, and based on this, in the case of coating equipment, directly proceeds with the thin film coating process, or provides the data to a separate coating equipment connected to it. It is possible to control the communication interface unit 110 to do so. Here, the big data analysis result can be a predicted value for thin film coating. This predicted value can be obtained by running an artificial intelligence deep learning program. Estimation accuracy can be increased by using a regression analysis model (or algorithm) of a machine's nonlinear polynomial kernel or sigmoid kernel.

박막코팅 최적화부(130)는 수집된 데이터에 대한 전처리 동작(예: 지도 학습을 위한 데이터 선별 동작을 포함할 수 있음)을 수행할 수 있으며, 광 흡수층 박막 형성에 영향을 미치는 변수에 관련되는 빅데이터를 머신러닝의 지도 학습 기반 서포트 벡터 머신 회귀를 이용하여 박막의 두께를 예측한다. 그리고, 예측값을 산출할 수 있다. 여기서, 서포트 벡터 머신 회귀를 위한 회귀모델은 인공지능 기반의 딥러닝 프로그램일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 데이터를 비선형 변환에 추가하는 비선형 다항식 커널과 시그모이드 함수(sigmoid function)를 사용하여 신경망과 조금 유사한 시그모이드 커널의 회귀 알고리즘이 사용될 수 있다. 물론 서포트 벡터 머신 회귀를 위한 회귀모델은 데이터를 반환하지 않는 선형(linear) 커널, 다양한 형태에 적용하는 가우시안(R.B.F, Radial Basis Function) 커널 등을 더 포함할 수 있지만 즉 이용할 수 있지만, 추정 즉 예측의 정확도를 더 높이기 위해서는 본 발명의 실시예에 따른 회귀모델로서는 적합하지 않을 수 있다. 이는 물론 실험에 의해 결정된 것이라 볼 수 있으며, 자세한 내용은 이후에 좀더 다루기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예에서는 회귀모델의 유형에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 인공지능을 적용한 데이터 분석에서 지도 학습은 정답이 포함된 학습 데이터를 사용하는 것을 의미한다. 또한, 서포트 벡터 머신 회귀는 데이터 분류 및 회귀에 모두 사용된다.The thin film coating optimizer 130 may perform a preprocessing operation (eg, a data selection operation for supervised learning) on the collected data, and may perform a big data related to variables affecting the formation of the light absorbing layer thin film. The thickness of the thin film is predicted using supervised learning-based support vector machine regression of the data. Then, a predicted value can be calculated. Here, the regression model for support vector machine regression may be an artificial intelligence-based deep learning program, and in an embodiment of the present invention, a nonlinear polynomial kernel that adds data to a nonlinear transformation and a sigmoid function are used A regression algorithm with a sigmoid kernel that is a bit like a neural network can be used. Of course, the regression model for support vector machine regression may further include a linear kernel that does not return data, a Gaussian (R.B.F, Radial Basis Function) kernel that applies to various shapes, but can be used immediately, but estimation, or prediction In order to further increase the accuracy of , it may not be suitable as a regression model according to an embodiment of the present invention. This, of course, can be seen as determined by the experiment, and the details will be discussed later. However, in an embodiment of the present invention, the type of regression model will not be particularly limited. In data analysis using artificial intelligence, supervised learning means using learning data that includes correct answers. Also, support vector machine regression is used for both data classification and regression.

머신러닝은 특정 목적을 위해 입력된 데이터 세트를 바탕으로 학습을 진행하여 시스템을 형성하고 개선해 나가는 프로세스로 정의할 수 있고, 학습 데이터 세트의 특성에 따라 입력되는 데이터 세트에 목표로 하는 값을 포함하여 학습하는 지도 학습과, 목표로 하는 값을 학습하지 않고 데이터 세트의 분포에 기반을 두어 군집을 만들거나 특징을 추출하는 비지도 학습으로 분류된다. Machine learning can be defined as a process of forming and improving a system by learning based on a data set input for a specific purpose. It is classified into supervised learning, which learns, and unsupervised learning, which creates clusters or extracts features based on the distribution of a data set without learning a target value.

지도 학습은 입력 데이터를 목표값에 매핑(mapping)하여 대상 데이터의 경향과 분포에 대한 학습을 수행하고 예측 시스템을 구축하며, 사용하는 목표값의 유형에 따라 다시 분류와 회귀로 나뉜다. 비지도 학습은 목표 데이터가 학습 데이터에 포함되지 않는 방법으로, 입력 데이터를 이용하여 군집을 만들거나 데이터의 분포 또는 특성에 따라 관계를 분석하는 방식으로 학습을 한다. 일반적인 회귀분석은 다중회귀를 사용하여 종속변수와 하나 이상의 독립변수 사이에서 유의미한 관계의 존재 여부와 여러 변수가 종속변수에 미치는 영향도를 추정하지만, 서포트 벡터 머신 회귀(Support Vector Machine Regression, SVR)는 추가적으로 손실 함수를 도입하여 실제값과 추정값 차이를 작게 하여 예측 성능이 우수한 장점이 있다.Supervised learning performs learning on the tendency and distribution of target data by mapping input data to target values, builds a prediction system, and is further divided into classification and regression depending on the type of target value used. Unsupervised learning is a method in which the target data is not included in the learning data, and learning is performed by creating clusters using input data or analyzing relationships according to data distribution or characteristics. General regression analysis uses multiple regression to estimate the presence or absence of a significant relationship between a dependent variable and one or more independent variables and the degree of influence of several variables on the dependent variable, but Support Vector Machine Regression (SVR) In addition, a loss function is introduced to reduce the difference between the actual value and the estimated value, thereby providing excellent prediction performance.

본 발명의 실시예에서는 지도 학습 방식을 적용하는 것이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, it is preferable to apply a supervised learning method.

저장부(140)는 제어부(120)의 제어하에 처리되는 다양한 유형의 데이터를 임시 저장한다. 본 발명의 실시예에서는 페로브스카이트 태양전지의 광흡수층 박막 형성에 관계되는 데이터를 저장부(140)에 저장한다고 볼 수 있으며, 대표적으로 베드 온도, 코팅 속도 등의 데이터를 저장할 수 있다.The storage unit 140 temporarily stores various types of data processed under the control of the control unit 120 . In the embodiment of the present invention, it can be seen that data related to the formation of the light absorption layer thin film of the perovskite solar cell is stored in the storage unit 140, and typically data such as bed temperature and coating speed can be stored.

상기한 내용에도 도 1의 통신 인터페이스부(110), 제어부(120) 및 박막코팅 최적화부(130) 및 저장부(140)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 이후에 좀더 다룰 내용들을 포함하므로 그 내용들로 대신하고자 한다.Despite the above, the communication interface unit 110, the control unit 120, the thin film coating optimization unit 130, and the storage unit 140 of FIG. 1 can perform various operations, and other details will be discussed later. Since it contains them, we want to replace them with those contents.

본 발명의 실시예에 따른 도 1의 통신 인터페이스부(110), 제어부(120), 박막코팅 최적화부(130) 및 저장부(140)는 서로 물리적으로 분리된 하드웨어 모듈로 구성되지만, 각 모듈은 내부에 상기의 동작을 수행하기 위한 소프트웨어를 저장하고 이를 실행할 수 있을 것이다. 다만, 해당 소프트웨어는 소프트웨어 모듈의 집합이고, 각 모듈은 하드웨어로 형성되는 것이 얼마든지 가능하므로 소프트웨어니 하드웨어니 하는 구성에 특별히 한정하지 않을 것이다. 예를 들어 저장부(140)는 하드웨어인 스토리지(storage) 또는 메모리(memory)일 수 있다. 하지만, 소프트웨어적으로 정보를 저장(repository)하는 것도 얼마든지 가능하므로 위의 내용에 특별히 한정하지는 않을 것이다.The communication interface unit 110, the control unit 120, the thin film coating optimization unit 130, and the storage unit 140 of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention are composed of hardware modules physically separated from each other, but each module Software for performing the above operations may be stored therein and executed. However, since the corresponding software is a set of software modules, and each module can be formed of hardware, it will not be particularly limited to the configuration of software and hardware. For example, the storage unit 140 may be hardware storage or memory. However, since it is possible to store information in a software manner (repository), the above content will not be particularly limited.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 제어부(120)는 CPU 및 메모리를 포함할 수 있으며, 원칩화하여 형성될 수 있다. CPU는 제어회로, 연산부(ALU), 명령어해석부 및 레지스트리 등을 포함하며, 메모리는 램을 포함할 수 있다. 제어회로는 제어동작을, 그리고 연산부는 2진비트 정보의 연산동작을, 그리고 명령어해석부는 인터프리터나 컴파일러 등을 포함하여 고급언어를 기계어로, 또 기계어를 고급언어로 변환하는 동작을 수행할 수 있으며, 레지스트리는 소프트웨어적인 데이터 저장에 관여할 수 있다. 상기의 구성에 따라, 가령 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델(100)의 동작 초기에 박막코팅 최적화부(130)에 저장되어 있는 프로그램을 복사하여 메모리 즉 램(RAM)에 로딩한 후 이를 실행시킴으로써 데이터 연산 처리 속도를 빠르게 증가시킬 수 있다. 딥러닝 모델 같은 경우 램(RAM)이 아닌 GPU 메모리에 올라가 GPU를 이용하여 수행 속도를 가속화하여 실행될 수도 있다.Meanwhile, as another embodiment of the present invention, the control unit 120 may include a CPU and a memory, and may be formed as a single chip. The CPU includes a control circuit, an arithmetic unit (ALU), a command interpreter, and a registry, and the memory may include RAM. The control circuit performs control operations, the operation unit performs operation of binary bit information, and the instruction interpretation unit performs an operation of converting high-level language into machine language and machine language into high-level language, including an interpreter or compiler. , the registry may be involved in software data storage. According to the above configuration, for example, at the beginning of the operation of the perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model 100, the program stored in the thin film coating optimization unit 130 is copied and loaded into memory, that is, RAM. Then, by executing it, the data operation processing speed can be rapidly increased. In the case of a deep learning model, it can be loaded into GPU memory rather than RAM, and can be executed by accelerating the execution speed using the GPU.

이어서 본 발명의 실시예에 따른 연구(혹은 실험) 과정을 설명한다.Next, a research (or experiment) process according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 3D 슬롯-다이 코팅 방식(slot-die coating method)을 설명하기 위한 도면, 도 3은 기능별 상관관계Correlation by feature)를 설명하기 위한 도면, 도 4는 서포트 벡터 회귀를 설명하기 위한 도면, 도 5는 선형 및 R.B.F의 플롯(plot)을 보여주는 도면, 도 6은 다항식 및 시그모이드의 플롯을 보여주는 도면, 도 7은 조정(혹은 조율)된(tuned) 선형 및 R.B.F의 플롯을 보여주는 도면, 그리고 도 8은 조정된 다항식 및 시그모이드의 플롯을 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a diagram for explaining a 3D slot-die coating method, FIG. 3 is a diagram for explaining correlation by feature, FIG. 4 is a diagram for explaining support vector regression, Figure 5 shows plots of linear and R.B.F, Figure 6 shows plots of polynomials and sigmoids, Figure 7 shows plots of tuned (or tuned) linear and R.B.F, and FIG. 8 shows a plot of the adjusted polynomial and sigmoid.

데이터 수집 및 전처리 과정에 대하여 먼저 살펴보면, 본 발명의 실시예에서 사용한 원본 데이터는 2019년 8월부터 2021년 12월까지 한양 솔라에너지에서 도 2에서와 같이 3D Slot-die 방법으로 실험한 데이터 즉 속성이 coating speed(SPD), N2 blowing 간격(DIST), N2 blowing 세기(BAR), N2 blowing 높이(HG), bed 온도(TMP)에 따른 코팅 두께(THK)를 수집한 후, 전문가와 협의하여 이상치나 결측값을 전처리하여 1,576건의 데이터를 획득하였고, 파생 변수를 포함한 데이터 속성들의 설명은 <표 1>과 같다.Looking first at the data collection and pre-processing process, the original data used in the embodiment of the present invention is the data tested by the 3D slot-die method as shown in FIG. 2 at Hanyang Solar Energy from August 2019 to December 2021, that is, properties After collecting the coating thickness (THK) according to this coating speed (SPD), N2 blowing interval (DIST), N2 blowing intensity (BAR), N2 blowing height (HG), and bed temperature (TMP), consult with experts to determine the ideal 1,576 data were obtained by preprocessing values or missing values, and the description of data properties including derived variables is shown in <Table 1>.

Figure 112022052440430-pat00001
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각각의 독립변수 범위는 SPD가 172 ∼ 188mm/min, DIST가 22 ∼ 28mm, BAR가 1.2 ∼ 1.8bar, HG가 8 ∼ 12mm, TMP가 56 ∼ 64℃이고, 독립변수의 변화에 따른 종속변수 THK는 472 ∼ 628nm로 측정되었다. 이러한 원시 데이터를 사용할 경우 회귀분석에서 결정한 기울기로부터 속성이 미치는 영향을 균등하게 평가할 수 없다고 판단하여 데이터를 최소값 0, 최대값 1, 그리고 다른 값들은 0과 1 사이의 값으로 변환하여 각 속성들이 기울기에 미치는 영향을 균등하게 평가할 수 있게 정규화를 하였다. 그리고 실험에서 생성한 파생 변수 RST_THK, XRD, UV_t, UV_a, UV_lev의 5개 변수는 type이 logical과 factor로 회귀분석에 적합하지 않아 제외하고, 주요 변수들에 대한 기술 통계량은 <표 2>와 같고, 상관관계는 도 3과 같다.The range of each independent variable is 172 ~ 188mm/min for SPD, 22 ~ 28mm for DIST, 1.2 ~ 1.8bar for BAR, 8 ~ 12mm for HG, and 56 ~ 64℃ for TMP, and the dependent variable THK according to the change of independent variables was measured from 472 to 628 nm. When using these raw data, it was determined that the effect of the attribute could not be equally evaluated from the slope determined in the regression analysis, so the data was converted to a minimum value of 0, a maximum value of 1, and other values between 0 and 1 so that each attribute had a slope It was normalized so that the effect on the effect could be evaluated equally. In addition, the descriptive statistics for the main variables are as shown in <Table 2>, except for the five variables RST_THK, XRD, UV_t, UV_a, and UV_lev, which are derived variables generated in the experiment, because their types are logical and factor, and are not suitable for regression analysis. , the correlation is shown in FIG. 3.

Figure 112022052440430-pat00002
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한편, 서포트 벡터 회귀(SVR)를 살펴보면 서포트 벡터 머신은 분류(Classification)와 예측(Regression)에 응용할 수 있는 알고리즘으로 크게 분류를 위한 서포트 벡터 분류(Support Vector Classification, SVC)와 예측을 위한 서포트 벡터 회귀(Support Vector Regression, SVR)로 나뉜다. 기본적으로 서포트 벡터 분류는 다차원으로 구성된 데이터의 입력공간에 마진을 최대화하는 초평면(Hyperplane)을 구하고, 이 초평면을 결정함수로 사용하여 미지의 데이터가 어떤 그룹에 속할지를 예측하고, 서포트 벡터 회귀는 실제값과 예측값의 차이가 ε 이내인 것은 벌점이 없고, 그 이상의 오차는 벌점으로 하는 손실 함수라는 것을 사용하며 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, looking at support vector regression (SVR), a support vector machine is an algorithm that can be applied to classification and prediction (regression), and is largely supported by support vector classification (SVC) for classification and support vector regression for prediction. (Support Vector Regression, SVR). Basically, support vector classification obtains a hyperplane that maximizes the margin in the input space of multidimensional data, and uses this hyperplane as a decision function to predict which group the unknown data will belong to. If the difference between the value and the predicted value is within ε, there is no penalty point, and a loss function with a penalty point for an error greater than ε is used and can be expressed as in Equation 1.

Figure 112022052440430-pat00003
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여기서 u는 실제값과 예측값의 차이이다. 위의 손실 함수는 회귀계수 크기를 작게 하여 실제값과 예측값의 차이가 작은 회귀선을 찾는 것으로 데이터에 노이즈가 있다고 가정하지만 노이즈가 있는 실제 값을 완벽히 추정하는 것을 목표로 하지 않아, 적정 범위(2ε) 내에서의 실제값과 예측값의 차이를 허용하는 방식으로 계산하고, 도 4에서와 같이 제한된 마진오류(도로 밖의 샘플) 안에서 도로 안에 가능한 한 많은 샘플이 들어가도록 학습하고, 도로의 폭은 하이퍼 파라미터 엡실론(epsilon)으로 조절한다. 이러한 서포트 벡터 회귀의 장점 중 하나는 커널(kernel)이라는 개념을 이용하여 선형 추정 및 비선형 추정도 가능하게 한 것으로 선형 추정이 불가능한 현재 공간의 분포를 선형 추정이 가능하도록 차원을 높인 공간으로 변환하기 위해

Figure 112022052440430-pat00004
로 하면
Figure 112022052440430-pat00005
로 표현할 수 있다. 이때 변환 함수끼리 스칼라 곱인
Figure 112022052440430-pat00006
들을 모아놓은 집합을 커널(kernel)이라고 한다.where u is the difference between the actual value and the predicted value. The above loss function assumes that there is noise in the data by finding a regression line with a small difference between the actual value and the predicted value by reducing the size of the regression coefficient, but it does not aim to perfectly estimate the actual value with noise, so it has an appropriate range (2ε) Calculate in a way that allows the difference between the actual value and the predicted value within, learn to fit as many samples as possible inside the road within a limited margin error (sample outside the road) as shown in Figure 4, and the width of the road is the hyperparameter epsilon (epsilon). One of the advantages of this support vector regression is that it enables linear estimation and non-linear estimation by using the concept of a kernel.
Figure 112022052440430-pat00004
If you do
Figure 112022052440430-pat00005
can be expressed as At this time, the scalar product of the conversion functions
Figure 112022052440430-pat00006
A collection of these is called a kernel.

계속해서 서포트 벡터 회귀(SVR) 모델 예측을 살펴보면, 태양전지 광흡수층 박막 최적화의 독립변수는 coating speed(SPD), N2 blowing 간격(DIST), N2 blowing 세기(BAR), N2 blowing 높이(HG), bed 온도(TMP)를 설정하였고, 종속변수는 박막 두께(THK)를 설정하였다. 서포트 벡터 회귀(SVR) 모델 학습을 위해 70%의 데이터를 훈련 셋(training set)으로 이용하여 예측 모델을 학습하였고, 나머지 30%의 데이터는 테스트셋(test set)으로 구성하여 학습된 모델을 검증하기 위하여 사용하였으며, 각 커널 함수와 파라미터는 <표 3>과 같다.Continuing to look at the prediction of the support vector regression (SVR) model, the independent variables for optimizing the thin film of the light absorption layer of a solar cell are coating speed (SPD), N2 blowing interval (DIST), N2 blowing intensity (BAR), N2 blowing height (HG), The bed temperature (TMP) was set, and the film thickness (THK) was set as the dependent variable. To learn the support vector regression (SVR) model, a prediction model was learned using 70% of the data as a training set, and the remaining 30% of the data was configured as a test set to verify the learned model. It was used to do this, and each kernel function and parameter are shown in <Table 3>.

Figure 112022052440430-pat00007
Figure 112022052440430-pat00007

회귀 모델 예측의 정확도를 측정하기 위해 사용한 지표는 큰 차이의 오차에 대하여 패널티를 적용하여 민감도를 줄인 평균 제곱근 오차(Root Mean Squared Error, RMSE)와 실제 값과 동일한 단위를 적용하기에 직관적으로 모델 성능 비교를 쉽게 할 수 있는 평균 절대 오차(Mean Absolute Error, MAE), 그리고 모델이 학습 데이터에 얼마나 적합한지를 평가하는 결정계수(R-squared, R2)이다. 지표의 값이 0에 근사할수록 추정 모델의 설명력이 좋은 평균 제곱근 오차(RMSE)와 평균 절대 오차(MAE), 1에 가까울수록 추정 모델의 설명력이 좋은 결정계수(R2)는 <수학식 2> 내지 <수학식 4>와 같이 계산된다.The metric used to measure the accuracy of prediction of the regression model is Root Mean Squared Error (RMSE), which reduces sensitivity by applying a penalty for errors with large differences, and intuitively improves model performance by applying the same unit as the actual value. Mean Absolute Error (MAE), which makes comparison easy, and the coefficient of determination (R-squared, R 2 ), which evaluates how well the model fits the training data. The root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE), the closer the index value is to 0, the better the explanatory power of the estimation model, and the coefficient of determination (R 2 ), the better the explanatory power of the estimation model, the closer to 1 is <Equation 2> to <Equation 4>.

Figure 112022052440430-pat00008
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Figure 112022052440430-pat00009
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Figure 112022052440430-pat00010
Figure 112022052440430-pat00010

(n = 데이터 개수, yi = i번째 실제 데이터 값,

Figure 112022052440430-pat00011
= i번째 예측 데이터값)(n = number of data, yi = i-th actual data value,
Figure 112022052440430-pat00011
= i th predicted data value)

오차를 허용할 수 있는 범위인 코스트(cost), 하나의 데이터 샘플이 영향력을 행사하고 거리를 결정하는 감마(gamma), 초평면의 폭을 결정하는 epsilon, 비선형 다항식 커널에서만 사용하는 다항식 커널 함수의 각도 degree 파라미터의 옵션(option)을 지정하지 않을 때 기본값들은 <표 4>와 같다. Cost, which is the range within which error can be tolerated, gamma, which determines the distance and influence of one data sample, epsilon, which determines the width of the hyperplane, angle of the polynomial kernel function used only in nonlinear polynomial kernels When the option of the degree parameter is not specified, the default values are shown in <Table 4>.

Figure 112022052440430-pat00012
Figure 112022052440430-pat00012

기본적으로 주어지는 파라미터를 적용한 RMSE와 MAE 및 R2의 측정 결과는 <표 5>와 같으며, 커널 함수별 정확도 차이를 비교한 결과 상대적으로 가우시안 커널의 RMSE와 MAE 값이 가장 적어 예측력이 우수했고, 결정계수 R2도 99.77%로 가장 좋았으며, 시그모이드 커널이 모든 지표에서 좋지 않은 결과를 보였다.<Table 5> shows the measurement results of RMSE, MAE, and R 2 with the default parameters applied. As a result of comparing the difference in accuracy for each kernel function, the RMSE and MAE values of the Gaussian kernel were relatively the lowest, resulting in excellent predictive power. The coefficient of determination R 2 was also the best at 99.77%, and the sigmoid kernel showed poor results in all indicators.

Figure 112022052440430-pat00013
Figure 112022052440430-pat00013

기본 파라미터 값을 적용한 그래프를 살펴보면 선형(linear) 커널과 가우시안(R.B.F, Radial Basis Function)커널은 도 5와 같이 오차가 작은 선형으로 보이고, 비선형 다항식(polynomial) 커널과 시그모이드(sigmoid) 커널은 도 6과 같이 오차가 있는 선형으로 보임을 알 수 있다.Looking at the graph to which the basic parameter values are applied, the linear kernel and the Gaussian (R.B.F, Radial Basis Function) kernel appear linear with a small error as shown in FIG. 5, and the nonlinear polynomial kernel and the sigmoid kernel As shown in FIG. 6, it can be seen that it appears linear with an error.

마지막으로 서포트 벡터 회귀 성능 평가는 다음과 같다. Finally, the support vector regression performance evaluation is as follows.

<표 4>와 같이 기본적으로 제공하는 파라미터 기준으로 커널 함수별 정확도 차이를 결정하기 어려워 최적의 초평면을 찾기 위해 선형 커널 파라미터는 cost를 (0.1, 1, 10)으로, gamma를 (0.02, 0.2, 2)로, epsilon을 (0.01, 0.1, 1)으로 사용하고, 비선형 다항식 커널 파라미터는 cost를 (1, 5, 10)으로 degree는 (1, 3, 10)으로 gamma는 (0.2, 2, 5)로 epsilon은 (0.01, 0.1, 1)로 사용하고, 가우시안 커널 파라미터는 cost를 (0.1, 1, 10)으로, gamma를 (0.02, 0.2, 2)로, epsilon을 (0.01, 0.1, 1)으로 사용하고, 시그모이드 커널 파라미터는 cost를 (0.1, 1, 10)으로, gamma를 (0.02, 0.2, 2)로, epsilon을 (0.01, 0.1, 1)으로 사용하여 각 커널별 파라미터에 변화를 주었고, 샘플링 방법으로 10 접이식 교차 검증(10-fold cross validation)을 이용한 파라미터의 튜닝 결과는 <표 6>과 같다.As shown in <Table 4>, it is difficult to determine the difference in accuracy for each kernel function based on the parameters provided by default, so to find the optimal hyperplane, the linear kernel parameters are set to cost (0.1, 1, 10), gamma to (0.02, 0.2, 2), epsilon is (0.01, 0.1, 1), nonlinear polynomial kernel parameters are cost (1, 5, 10), degree is (1, 3, 10) and gamma is (0.2, 2, 5 ), epsilon is (0.01, 0.1, 1), Gaussian kernel parameters are cost (0.1, 1, 10), gamma (0.02, 0.2, 2), and epsilon (0.01, 0.1, 1) , and the sigmoid kernel parameters change the parameters for each kernel by using cost as (0.1, 1, 10), gamma as (0.02, 0.2, 2), and epsilon as (0.01, 0.1, 1). was given, and the tuning results of parameters using 10-fold cross validation as a sampling method are shown in <Table 6>.

Figure 112022052440430-pat00014
Figure 112022052440430-pat00014

기본 파라미터 값과 튜닝된 파라미터 값을 비교해 보면 오차를 허용할 수 있는 범위인 cost는 커지고, 데이터 샘플의 영향력을 행사하고 거리를 결정하는 gamma와 초평면의 폭을 결정하는 epsilon은 적어지는 것을 파악할 수 있다.Comparing the basic parameter values and the tuned parameter values, it can be seen that the cost, which is the range that can tolerate errors, increases, and the gamma that exerts the influence of data samples and determines the distance and the epsilon that determines the width of the hyperplane decreases. .

튜닝된 파라미터 값을 각 커널에 입력하여 커널 함수별 정확도 차이를 비교한 결과 (표 7)과 같이 RMSE는 0.00964로 가우시안 커널이 가장 적었고, MAE는 0.00271로 시그모이드 커널이 가장 적었으며, 결정계수 R

Figure 112022052440430-pat00015
는 가우시안 커널이 0.99733로 가장 좋았다. 그리고 결정계수 R
Figure 112022052440430-pat00016
는 4가지 커널 모두 0.997 이상으로 회귀식의 적합도가 높은 것을 파악할 수 있다.As a result of comparing the difference in accuracy by kernel function by inputting the tuned parameter values into each kernel (Table 7), the RMSE was 0.00964, the Gaussian kernel had the least, and the MAE was 0.00271, the sigmoid kernel the least, and the coefficient of determination R
Figure 112022052440430-pat00015
had the best Gaussian kernel with 0.99733. and the coefficient of determination R
Figure 112022052440430-pat00016
It can be seen that the goodness of fit of the regression equation is higher than 0.997 for all four kernels.

튜닝된 파라미터 값을 적용한 그래프를 살펴보면 선형 커널과 가우시안 커널은 (그림 7)과 같이 기본 파라미터를 적용한 그래프와 비슷하게 오차가 작은 선형으로 보이고, 비선형 다항식 커널과 시그모이드 커널은 (그림 8)과 같이 오차가 많이 개선된 선형으로 나타남을 알 수 있다. Looking at the graph to which the tuned parameter values are applied, the linear kernel and the Gaussian kernel look linear with a small error, similar to the graph to which the basic parameters are applied, as shown in (Figure 7), and the nonlinear polynomial kernel and sigmoid kernel, as shown in (Figure 8). It can be seen that the error appears linearly with much improvement.

Figure 112022052440430-pat00017
Figure 112022052440430-pat00017

튜닝된 파라미터 값을 적용한 그래프를 살펴보면 선형 커널과 가우시안 커널은 도 7과 같이 기본 파라미터를 적용한 그래프와 비슷하게 오차가 작은 선형으로 보이고, 비선형 다항식 커널과 시그모이드 커널은 도 8과 같이 오차가 많이 개선된 선형으로 나타남을 알 수 있다.Looking at the graph to which the tuned parameter values are applied, the linear kernel and the Gaussian kernel look linear with small errors, similar to the graph to which the basic parameters are applied, as shown in FIG. It can be seen that it appears linearly.

결론적으로, 미래 세계 전력 시스템에 대한 장기 분석 보고서인 'NEO 2018'에서 '50년까지 태양광과 풍력이 전 세계 발전량의 50% 수준까지 급증할 것으로 전망하였고, 산업부의 '재생에너지 3020 이행계획(2017)'과 과기정통부(과학기술혁신본부)의 '2019년도 정부 연구개발 투자 방향 및 기준(2018)'의 내용을 보면 기후변화 대응, 청정에너지 기술 및 에너지 신산업 창출 등에 대한 연구개발 지원을 위해 광활성 소재의 특성으로 인해 가볍고 유연하며 투과성이 있고, 저가이면서 고효율을 보이고, 제작할 때 용액 공정 적용이 가능한 페로브스카이트 태양전지를 차세대 새로운 재생에너지 핵심 기술 중 하나로 개발 계획에 포함한 것을 알 수 있다.In conclusion, in 'NEO 2018', a long-term analysis report on the future world power system, it was predicted that solar and wind power would rapidly increase to 50% of global power generation by '50, and the Ministry of Industry's 'Renewable Energy 3020 Implementation Plan ( 2017)' and '2019 Government R&D Investment Direction and Standards (2018)' of the Ministry of Science and ICT (Science and Technology Innovation Headquarters), photoactive It can be seen that the perovskite solar cell, which is light, flexible, and permeable due to the characteristics of the material, shows low cost and high efficiency, and can be applied to the solution process when manufacturing, is included in the development plan as one of the key technologies for next-generation renewable energy.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 연구는 새로운 재생에너지 중 하나인 페로브스카이트 태양전지의 광 흡수층 박막 최적화를 추정하기 위하여 서포트 벡터 머신의 선형 커널, 가우시안 커널, 비선형 다항식 커널, 시그모이드 커널의 회귀분석 모델로 추정 정확도를 비교하여 커널 함수별 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.Therefore, research according to an embodiment of the present invention is a linear kernel of a support vector machine, a Gaussian kernel, a nonlinear polynomial kernel, a sigmoid kernel By comparing the estimation accuracy with the regression analysis model of , the following conclusions were obtained for each kernel function.

첫째, 추정의 정확도를 검토한 결과 4가지 커널 중 파라미터를 튜닝 전(<표 5> 참조), 튜닝 후(<표 7> 참조) 가우시안 커널을 사용한 경우가 가장 좋은 결과를 보여주었다. 특히 가우시안 커널은 파라미터를 튜닝하여 적용한 경우에도 RMSE, MAE 및 결정계수 R2의 차이가 없는 것으로 나타났다.First, as a result of examining the estimation accuracy, the best results were obtained when using the Gaussian kernel before tuning the parameters (see <Table 5>) and after tuning (see <Table 7>) among the four kernels. In particular, the Gaussian kernel showed no difference in RMSE, MAE, and coefficient of determination R 2 even when the parameters were tuned and applied.

둘째, 4가지 커널에서 파라미터를 튜닝 전 추정 정확도는 차이가 있음을 쉽게 파악하였으나 파라미터 튜닝 후 추정 정확도가 향상되면서 커널별 차이가 아주 작은 것으로 파악되어(<표 7> 참조) 추정 정확도를 향상하기 위해서 튜닝이 필요한 것을 확인하였다.Second, it was easy to find that there was a difference in the estimation accuracy before parameter tuning in the four kernels, but as the estimation accuracy improved after parameter tuning, the difference between each kernel was found to be very small (see <Table 7>). It was confirmed that tuning was necessary.

셋째, 추정의 정확도를 높이기 위해서 오차를 허용할 수 있는 범위인 cost는 크게 하면서 데이터 샘플의 영향력을 행사하고 거리를 결정하는 gamma와 초평면의 폭을 결정하는 epsilon은 작아지는 것을 파악하였다.Third, in order to increase the accuracy of estimation, it was found that while increasing the cost, which is the range that can allow errors, the gamma that exerts the influence of the data sample and determines the distance and the epsilon that determines the width of the hyperplane become smaller.

넷째, 파라미터 값을 튜닝하여 적용한 결과 다항식(polynomial) 커널과 시그모이드(sigmoid) 커널의 추정 정확도가 크게 향상되었다.Fourth, as a result of tuning and applying the parameter values, the estimation accuracy of the polynomial kernel and the sigmoid kernel was greatly improved.

도 9는 도 1의 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a driving process of an artificial intelligence model for optimizing the coating of a thin film of a perovskite solar cell of FIG. 1 .

설명의 편의상 도 9를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델(100)는 가령 페로브스카이트 태양 전지의 광 흡수층 박막에 영향을 미치는 변수와 관련한 빅데이터를 수집한다(S900). 여기서, 변수는 bed 온도, 코팅 속도, N2 blowing 간격, N2 blowing 높이, N2 blowing 세기 등의 변수를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 together with FIG. 1 for convenience of description, the perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model 100 according to an embodiment of the present invention affects, for example, the light absorbing layer thin film of the perovskite solar cell. Collect big data related to variables that affect it (S900). Here, the variables may include variables such as bed temperature, coating speed, N 2 blowing interval, N 2 blowing height, and N 2 blowing intensity.

또한, 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델(100)는 수집한 빅데이터를 머신러닝의 지도 학습 기반(혹은 적용, 토대) 서포트 벡터 머신 회귀를 이용해 분석하여 광 흡수층 박막의 두께를 예측하고, 예측값을 근거로 태양전지의 광 흡수층 박막을 형성하거나 형성하도록 한다(S910). 예를 들어 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델(100)이 코팅장치인 경우에는 예측값을 근거로 코팅 동작을 진행할 수 있다. 반면, 데이터를 분석하는 컴퓨터장치 등의 경우에는 해당 분석 결과를 코팅장치로 제공해 줄 수 있다.In addition, the perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model 100 analyzes the collected big data using supervised learning-based (or applied, based) support vector machine regression of machine learning to predict the thickness of the thin film of the light absorption layer And, based on the predicted value, form or form a thin film of the light absorption layer of the solar cell (S910). For example, when the artificial intelligence model 100 for optimizing coating of a thin film of a perovskite solar cell is a coating device, a coating operation may be performed based on a predicted value. On the other hand, in the case of a computer device that analyzes data, the analysis result may be provided as a coating device.

여기서, 서포트 벡터 머신 회귀의 회귀 모델은 데이터를 반환하지 않는 선형 커널, 데이터를 비선형 변환에 추가하는 비선형 다항식 커널, 다양한 형태에 적용되는 가우시안 커널, 시그모이드 함수를 사용하여 신경망과 조금 유사한 시그모이드 커널 등 다양한 유형의 함수 또는 알고리즘을 포함할 수 있지만, 본 발명의 실시예에서는 추정 정확도 등을 고려할 때 다항식 커널이나 시그모이드 커널을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.Here, the regression model of support vector machine regression is a linear kernel that does not return data, a nonlinear polynomial kernel that adds data to a nonlinear transformation, a Gaussian kernel that is applied to various shapes, and a sigmoid function that is a bit similar to a neural network using a sigmoid function. It may include various types of functions or algorithms, such as a de-kernel, but in an embodiment of the present invention, it may be preferable to use a polynomial kernel or a sigmoid kernel in consideration of estimation accuracy and the like.

무엇보다 연구 결과에 따르면 튜닝 전과 튜닝 후의 결과를 볼 때 추정의 정확도 측면에서 가우시안 커널이 가장 좋은 결과를 보여주었으며, 4가지 커널에서 파라미터를 튜닝 전 추정 정확도는 차이가 있으나 튜닝 후에는 추정 정확도가 향상되면서 커널별 차이가 아주 작아질 수 있다. 따라서 추정의 정확도를 높이기 위해 오차를 허용할 수 있는 범위인 cost는 크게 하면서 데이터 샘플의 영향을 행상하고 거리를 결정하는 gamma와 초평면의 폭을 결정하는 epsilon은 작아지도록 파라미터 값의 튜닝이 이루어질 수 있다.Above all, according to the results of the study, the Gaussian kernel showed the best results in terms of estimation accuracy when looking at the results before and after tuning. Although there is a difference in the estimation accuracy before tuning the parameters in the four kernels, the estimation accuracy improves after tuning. As a result, the difference between kernels can be very small. Therefore, in order to increase the accuracy of estimation, the parameter value can be tuned so that the cost, which is the range that can tolerate errors, is large, and the gamma that determines the distance and the epsilon that determines the width of the hyperplane are small while peddling the influence of data samples. .

상기한 내용 이외에도 도 1의 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델(100)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.In addition to the above, the perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model 100 of FIG. 1 can perform various operations, and since other details have been sufficiently described above, they will be replaced with those contents.

한편, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.On the other hand, even if all the components constituting the embodiment of the present invention are described as being combined or operated as one, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, within the scope of the object of the present invention, all of the components may be selectively combined with one or more to operate. In addition, although all of the components may be implemented as a single independent piece of hardware, some or all of the components are selectively combined to perform some or all of the combined functions in one or a plurality of pieces of hardware. It may be implemented as a computer program having. Codes and code segments constituting the computer program may be easily inferred by a person skilled in the art. Such a computer program may implement an embodiment of the present invention by being stored in a computer-readable non-transitory computer readable media, read and executed by a computer.

여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.Here, the non-transitory readable recording medium means a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device, not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory. . Specifically, the above-described programs may be provided by being stored in a non-transitory readable recording medium such as a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, or ROM.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is common in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications and implementations are possible by those with knowledge of, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

110: 통신 인터페이스부 120: 제어부
130: 박막코팅 최적화부 140: 저장부
110: communication interface unit 120: control unit
130: thin film coating optimization unit 140: storage unit

Claims (6)

태양전지의 광 흡수층 박막에 영향을 미치는 변수(factor)에 따른 코팅 두께의 빅데이터를 수집하는 통신 인터페이스부; 및
상기 수집한 빅데이터를 머신러닝(Machinelearning)의 지도 학습을 적용한 서포트 벡터 머신 회귀(Support Vector Machine Regression)를 이용해 분석하여 상기 광 흡수층 박막의 두께를 예측하며, 상기 예측에 따른 예측값을 근거로 상기 박막의 두께를 조절하도록 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 서포트 벡터 회귀는 실제값과 예측값의 차이가 ε 이내인 것은 벌점이 없고 ε 이상의 오차는 벌점으로 하는 손실 함수를 사용하고,
Figure 112022121275635-pat00027
(여기서, u는 실제값과 예측값의 차이)의 조건식을 만족하며,
상기 제어부는, 상기 예측값을 근거로 페로브스카이트 태양전지의 광 흡수층 박막을 형성하고,
상기 제어부는, 상기 광 흡수층 박막에 영향을 미치는 베드(bed) 온도(TMP), 코팅 속도(SPD), 질소 블로잉(N2 blowing) 간격(DIST), 질소 블로잉 높이(HG) 및 질소 블로잉 세기(BAR)에 따른 박막 두께의 데이터를 활용하는 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델.
a communication interface unit that collects big data of coating thickness according to factors affecting the thin film of the light absorbing layer of the solar cell; and
The collected big data is analyzed using support vector machine regression to which supervised learning of machine learning is applied to predict the thickness of the light absorbing layer thin film, and based on the predicted value according to the prediction, the thin film A control unit for controlling to adjust the thickness of; including,
In the support vector regression, there is no penalty if the difference between the actual value and the predicted value is within ε. Errors greater than ε are penalized using a loss function,
Figure 112022121275635-pat00027
(Where u is the difference between the actual value and the predicted value) satisfies the conditional expression,
The control unit forms a light absorbing layer thin film of a perovskite solar cell based on the predicted value,
The control unit controls a bed temperature (TMP), a coating speed (SPD), a nitrogen blowing (N 2 blowing) interval (DIST), a nitrogen blowing height (HG), and a nitrogen blowing intensity (which affect the light absorption layer thin film). An artificial intelligence model for optimizing thin film coatings for perovskite solar cells using thin film thickness data according to BAR).
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 서포트 벡터 머신 회귀의 분석 모델로서 데이터를 비선형 변환에 추가하는 비선형 다항식(polynomial) 커널 또는 시그모이드 함수를 사용하여 신경망과 유사한 시그모이드 커널의 회귀분석 알고리즘을 실행시키는 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델.
According to claim 1,
The control unit uses a nonlinear polynomial kernel or a sigmoid function that adds data to a nonlinear transformation as an analysis model of the support vector machine regression, and performs a regression analysis algorithm of a sigmoid kernel similar to a neural network. Artificial intelligence model for optimizing thin-film coating of solar cells.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 변수에 따른 코팅 두께와 관련해 수집한 데이터를 전처리하여 상기 전처리한 데이터를 이용해 머신러닝의 지도 학습 동작을 수행하는 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델.
According to claim 1,
The control unit pre-processes the data collected in relation to the coating thickness according to the variable and performs a supervised learning operation of machine learning using the pre-processed data. A perovskite solar cell thin film coating optimization artificial intelligence model.
통신 인터페이스부가, 태양전지의 광 흡수층 박막에 영향을 미치는 변수(factor)에 따른 코팅 두께의 빅데이터를 수집하는 단계; 및
제어부가, 상기 수집한 빅데이터를 머신러닝의 지도 학습을 적용한 서포트 벡터 머신 회귀를 이용해 분석하여 상기 광 흡수층 박막의 두께를 예측하며, 상기 예측에 따른 예측값을 근거로 상기 박막의 두께를 조절하도록 제어하는 단계;를 포함하되,
상기 서포트 벡터 회귀는 실제값과 예측값의 차이가 ε 이내인 것은 벌점이 없고 ε 이상의 오차는 벌점으로 하는 손실 함수를 사용하고,
Figure 112022121275635-pat00028
(여기서, u는 실제값과 예측값의 차이)의 조건식을 만족하며,
상기 제어하는 단계는,
상기 예측값을 근거로 페로브스카이트 태양전지의 광 흡수층 박막을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층 박막에 영향을 미치는 베드(bed) 온도(TMP), 코팅 속도(SPD), 질소 블로잉(N2 blowing) 간격(DIST), 질소 블로잉 높이(HG) 및 질소 블로잉 세기(BAR)에 따른 박막 두께의 데이터를 활용하는 단계;를
포함하는 페로브스카이트 태양전지 박막 코팅 최적화 인공지능 모델의 구동방법.
Collecting, by a communication interface unit, big data of the coating thickness according to a variable (factor) affecting the thin film of the light absorbing layer of the solar cell; and
The control unit analyzes the collected big data using support vector machine regression to which supervised learning of machine learning is applied, predicts the thickness of the light absorbing layer thin film, and controls the thickness of the thin film to be adjusted based on the predicted value according to the prediction. Including;
In the support vector regression, there is no penalty if the difference between the actual value and the predicted value is within ε. Errors greater than ε are penalized using a loss function,
Figure 112022121275635-pat00028
(Where u is the difference between the actual value and the predicted value) satisfies the conditional expression,
The control step is
Forming a light absorption layer thin film of a perovskite solar cell based on the predicted value; and
Depending on the bed temperature (TMP), coating speed (SPD), nitrogen blowing (N 2 blowing) interval (DIST), nitrogen blowing height (HG), and nitrogen blowing intensity (BAR) affecting the light absorption layer thin film Utilizing the thin film thickness data;
A driving method of an artificial intelligence model for optimizing thin film coatings of perovskite solar cells, including
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