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Installation

Via pip

pip install pvsim-pv

# Stack complète pour la recherche (recommandé)
pip install "pvsim-pv[tcad,botorch]"
pip install git+https://github.com/usnistgov/sesame.git

Note Sesame : le solveur TCAD NIST n'est pas publié sur PyPI. L'installation via git est requise séparément.

Extras disponibles :

Extra	Contenu
tcad	Numba (JIT pour Sesame)
botorch	PyTorch CPU + BoTorch (optimisation GP avancée)
workers	Celery + Redis (simulations asynchrones distribuées)
llm-local	Ollama (assistant LLM local, 0 clé API)
llm-cloud	Anthropic / OpenAI / Mistral / Gemini
materials	mp-api + pymatgen (Materials Project en ligne)
all	Tout ce qui précède

Commandes disponibles après installation :

pvsim-web        # Serveur web Flask → http://localhost:5000
pvsim-tui        # CLI interactif (TUI Rich)
pvsim run config.json  # Simulation batch depuis un fichier JSON

# 🔑 Gestion des clés API et de la configuration
pvsim-config     # Assistant interactif pour générer le fichier .env
pvsim-config --set MP_API_KEY=votre_cle  # Configurer rapidement Materials Project
pvsim-config --set OPENAI_API_KEY=xxx    # Configurer l'assistant LLM

Via Docker

Avec Docker Compose (Recommandé pour le développement)

git clone https://github.com/Quantum-ARISE-Acad/PVSim.git
cd PVSim
pvsim-config --env  # Génère un fichier .env propre
# Éditer .env — définir SESAME_WEB_SECRET
docker compose up
# → http://localhost:5000

La stack Docker Compose inclut : serveur web Flask, 2 workers Celery, Redis, scheduler Beat, et Flower (monitoring). Le solveur Sesame et toutes les dépendances scientifiques sont pré-installés dans l'image.

# Modes alternatifs
docker compose run --rm cli                          # CLI interactif
docker compose run --rm ai pvsim run cfg.json   # Batch
docker compose --profile llm up                      # + Ollama LLM local
docker compose up --scale worker=4                   # Scaler les workers

Avec l'image Docker Hub (Production)

Si vous ne voulez pas cloner le dépôt, vous pouvez utiliser l'image pré-construite publiée sur Docker Hub (via le pipeline automatisé) :

# Télécharger la dernière image publiée
docker pull <DOCKERHUB_USERNAME>/pvsim:latest

# Lancer le serveur web
docker run -p 5000:5000 -e SESAME_WEB_SECRET=votre_secret <DOCKERHUB_USERNAME>/pvsim:latest

Depuis les sources

git clone https://github.com/Quantum-ARISE-Acad/PVSim.git
cd PVSim
python -m venv .venv && source .venv/bin/activate
pip install git+https://github.com/usnistgov/sesame.git
pip install -r requirements.txt
cp .env.example .env
pvsim-web      # ou : pvsim run configs/silicon_homo.json

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🔬 Ce que PVSim fait

PVSim est un solveur drift-diffusion 1D et 2D aux différences finies, conçu pour être aussi accessible qu'une application web tout en restant suffisamment robuste pour la publication scientifique.

Comportement par défaut : PVSim reproduit exactement les résultats de base de SCAPS-1D par défaut. Les modèles avancés (mobilité Masetti, rétrécissement de bande, recombinaisons Auger et radiatives) sont strictement optionnels et peuvent être activés sélectivement via la configuration de la simulation.

PVSim constitue un pipeline complet : config JSON → solveur Sesame → métriques IV → optimisation bayésienne → rapport PDF.

• Résout le système couplé Poisson et continuité (drift-diffusion) en régime stationnaire via le solveur Sesame (NIST).
• Extrait les métriques photovoltaïques standardisées (Voc, Jsc, FF, PCE).
• Calcule les indicateurs macroscopiques (résistances série et shunt, courants de saturation) via les modèles équivalents à 1 ou 2 diodes.
• Valide automatiquement les sorties de simulation (conservation de la charge, continuité du courant) pour éviter la publication d'artefacts numériques non physiques.
• L'optimiseur Bayésien (Optuna / BoTorch) explore automatiquement l'espace des paramètres physiques pour maximiser l'efficacité.

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Types de simulation (27 routés)

Catégorie	Types
Jonctions simples	homojunction, homojunction_2d, heterojunction, heterojunction_2d, graded_heterojunction
Multicouches	multi_layer (jusqu'à 7 couches)
Multi-jonctions	tandem, triple_junction
Défauts	with_defects, continuous_defects, grain_boundaries, grain_boundary_2d
Études paramétriques	parametric_sweep, optimize_thickness, temperature_study, variable_illumination, spectrum_study
Couplages avancés	electro_thermal_study, degradation_study, transient_photovoltage
Caractérisations	quantum_efficiency, spectral_response, capacitance_voltage, luminescence, ebic_simulation, contact_study, equivalent_circuit

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Matériaux intégrés

15 matériaux avec paramètres validés (Nc, Nv, μ, τ, Cn/p Auger, B_rad, χ, Eg) :

Matériau	Eg (eV)	Type de gap	Référence
Si	1.1247	Indirect	Richter 2012, Klaassen 1992
Ge	0.664	Indirect	NREL
GaAs	1.424	Direct	NREL
GaP	2.272	Indirect	NREL
InP	1.344	Direct	NREL
CdTe	1.50	Direct	NREL
CdS	2.42	Direct	NREL
CIGS	1.30	Direct	Ramanathan 2003
CZTS	1.50	Direct	Kauk-Kuusik 2017
MAPbI3	1.58	Direct	Richter 2016
CsPbI3	1.73	Direct	Katan 2019
FAPbI3	1.48	Direct	Littérature
GaInP	1.87	Direct	Vurgaftman 2001
AlGaAs	1.80	Direct	Vurgaftman 2001
GaN	3.43	Direct	Monemar 1974

Extension en ligne via Materials Project (clé MATERIALS_PROJECT_API_KEY) et OPTIMADE.

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Format de configuration JSON

{
  "simulation_name": "si_homo_baseline",
  "simulation_type": "homojunction",
  "materials": { "active": "Si" },
  "geometry": {
    "thickness_n": 5e-5,
    "thickness_p": 2e-4,
    "nx": 100
  },
  "doping": {
    "n_region": 1e17,
    "p_region": 1e15
  },
  "voltages": { "start": 0.0, "stop": 0.7, "points": 50 },
  "illumination": {
    "enabled": true,
    "photon_flux": 2.5e17,
    "absorption_coefficient": 1e4
  }
}

39+ configurations d'exemple dans configs/. La notation pointée "doping.n_region" est utilisée par l'optimiseur pour mapper les paramètres sur la config.

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Optimisation bayésienne

# Via l'API REST
curl -X POST http://localhost:5000/api/optimize/create \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "name": "opt_si",
    "sim_type": "homojunction",
    "engine": "optuna", "sampler": "tpe",
    "n_trials": 200,
    "objectives": ["efficiency"],
    "param_ranges": [
      {"name": "doping.n_region", "type": "log_float", "low": 1e15, "high": 1e18},
      {"name": "geometry.thickness_p", "type": "log_float", "low": 5e-5, "high": 2e-3}
    ]
  }'

Moteurs : Optuna TPE (défaut), Optuna GP, BoTorch qLogEI, CMA-ES, Random.

Post-optimisation : surrogate ML (Random Forest / GBM / GP), analyse de sensibilité Sobol (SALib), prédiction inverse (~1 ms vs ~5 s pour Sesame).

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API REST — routes principales

POST /api/simulate                      → Lancer une simulation
GET  /api/results/<id>                  → Résultats JSON
GET  /api/simulation/<id>/progress-stream  → SSE temps réel
POST /api/optimize/create               → Job d'optimisation
POST /api/optimize/<id>/run
GET  /api/optimize/<id>/results
POST /api/optimize/<id>/sensitivity     → Analyse Sobol
POST /api/optimize/<id>/predict         → Prédiction surrogate
GET  /api/health                        → État des services
GET  /api/docs/                         → Swagger interactif

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Architecture

PVSim/
├── router.py              SesameRouter — dispatch vers 27 modules (~115 kB)
├── main.py                CLI batch (entrée fichier JSON)
├── simulations/           ~55 modules (physique, matériaux, validation)
├── optimization/          Optuna + BoTorch + SALib + Surrogate
├── web/                   Flask + SQLite + ReportLab
├── cli/                   11 commandes batch
├── cli_interactif/        TUI Rich (17 écrans)
├── pvsim_agent/           Agent LLM multi-provider
├── workers/               Celery distribué
└── configs/               39+ configurations JSON d'exemple

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Variables d'environnement clés

SESAME_WEB_SECRET=<clé-32-hex>          # Obligatoire en production
PVSim_WEB_PORT=5000
PVSim_DB_PATH=/app/data/pvsim.db
REDIS_URL=redis://redis:6379/0
PVSim_LLM_PROVIDER=ollama               # ollama | anthropic | openai | mistral | gemini
PVSim_LLM_MODEL=llama3.2
MATERIALS_PROJECT_API_KEY=              # Optionnel

Voir .env.example pour la liste complète.

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Tests

python -m pytest tests/ -v
python -m pytest tests/ -v -m unit        # Sans Sesame
pvsim run configs/silicon_homo.json --verbose

204+ tests. Marqueurs : unit, integration, slow, benchmark.

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Citer

@software{PVSim2026,
  title   = {PVSim — Semiconductor Physics Analysis and Research Code},
  version = {2.1.0},
  year    = {2026},
  url     = {https://github.com/Quantum-ARISE-Acad/PVSim},
  license = {MIT}
}

Citer également : Sesame (NIST) — https://pages.nist.gov/sesame/

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Liens : Documentation · Guide développeur · Déploiement · Changelog · Manuel utilisateur