SCAPS-1D

scaps-mcp

ゲント大学の一次元太陽電池シミュレーターであるSCAPS-1D用のMCP サーバーです。お使いのSCAPSインストールをヘッドレスで操作し、あらゆるMCPクライアントからデバイス設計、シミュレーション、バッチ処理、曲線フィッティング、結果分析、妥当性チェックを利用できます。

SCAPSは含まれていません。SCAPSのウェブサイトに記載されている手順に従って開発者に申請し、SCAPSを論文で引用することを含む利用条件を遵守してください。

機能

• デバイス：任意の.defファイルの内容を確認し、すべてのSCAPS setコマンドで編集し、.materialファイルを各層に読み込み、デバイスをゼロから作成できます（最大7層、層ごとに最大7個の欠陥、界面ごとに最大3個の欠陥）。スクリプトからは設定できないソルバーの数値パラメーターも設定できます。
• シミュレーション：任意の動作点、照射側、スペクトルまたは生成モデル、NDフィルターとカットオフを指定して、J-V、QE、C-V、C-fを実行できます。エネルギーバンド、生成・再結合、ACプロファイルにも対応します。
• バッチ処理：温度、照射強度、バイアスなど、任意のsetまたはactionキーを対象に、グリッドまたはペア方式のスイープを実行できます。
• フィッティングと最適化：測定曲線（光照射時および暗状態のJ-V、QE、C-V）の1つ以上に対して、境界付きNelder-Mead法でフィッティングできます。また、効率、Voc、Jsc、FFを最大化、最小化、または目標値に近づけることができます。
• 入力ファイル：共有されている.def、.material、吸収、スペクトル、生成、フィルター、グレーディング、測定ファイルをインポートできます。また、データから単位変換を行ってファイルを書き出すこともできます（吸収はαまたは消衰係数kから作成できます）。
• 分析：使用したスペクトルに対する吸収体のShockley-Queisser限界、QE積分によるJsc、Mott-Schottky法による内蔵電圧とドーピング濃度、すべての界面におけるバンドオフセットを分析できます。
• 妥当性チェック：詳細釣り合い限界を超える結果、放射再結合の欠如、理想的な界面、バンドスパイクやバンドクリフ、補償欠陥、あり得ない状態密度、デフォルトの吸収モデルなど、SCAPSの非物理的な解析によくある原因を検出します。
• ジョブ：時間のかかる実行はバックグラウンドで継続し、進捗の確認、完了待ち、キャンセルができます。
• 検証：SCAPSの起動前に、すべてのキーと値をインストールされているSCAPSのバージョンのコマンド一覧と照合して検証します。

要件

• SCAPS-1D 3.3（3.3.12でテスト済み）
• Python 3.11以降

Windowsでのセットアップ

書き込み可能なフォルダーに、インストーラーを使ってSCAPSをインストールします。SCAPSはインストールフォルダーを作業フォルダーとして使用するため、開発者はProgram Filesへのインストールを推奨していません。SCAPSの更新ファイルがあればインストール済みのファイルに上書きし、サーバーがSCAPSを検出できることを確認します。

uvx scaps-mcp doctor

Linuxでのセットアップ（任意）

SCAPSはWindowsプログラムです。LinuxではWineとXvfbを使ってヘッドレスで実行します。両方をインストールします（DebianおよびUbuntuの場合）。

sudo dpkg --add-architecture i386
sudo apt update
sudo apt install wine wine32:i386 xvfb

32ビットのプレフィックスを作成し、展開済みのSCAPSインストーラーがあるフォルダーからSCAPSをインストールします。

export WINEARCH=win32 WINEPREFIX="$HOME/scaps/prefix"
xvfb-run -a bash -c 'wineboot -i && wineserver -w'
xvfb-run -a bash -c 'wine setup.exe /q /AcceptLicenses yes /r:n && wineserver -w'

SCAPSの更新ファイルがあればインストール済みのファイルに上書きし、サーバーがSCAPSを検出できることを確認します。

uvx scaps-mcp doctor

SCAPSの検索

SCAPS_HOMEが設定されていない場合、サーバーは「scaps」を名前に含むフォルダーを対象に、1階層または2階層下まで検索します。scapsXXXX.exeと、そのdef、results、scriptフォルダーがあるフォルダーを探します。

• Windows：システムドライブ、ユーザーフォルダー、Documents、Desktop、Downloads、Program Files、Program Files (x86)。
• Linux：ホームフォルダー、およびWineプレフィックスのdrive_cとProgram Filesフォルダー。対象となるプレフィックスは、~/.wine、$WINEPREFIX、$SCAPS_WINEPREFIX、winetricksのプレフィックス、ホームフォルダー内にある「scaps」のような名前のフォルダー内のプレフィックスです。

複数のインストールが見つかった場合は、最新バージョンのSCAPSが使用されます。scaps_statusとdoctorで、使用中のフォルダーとその他のフォルダーを確認できます。SCAPS_HOMEを設定すると、使用するフォルダーを指定できます。

設定

変数	意味	デフォルト
SCAPS_HOME	scapsXXXX.exe を含む SCAPS フォルダー	自動検出
SCAPS_EXE	実行ファイル名	最新の scaps*.exe
SCAPS_TIMEOUT	SCAPS の実行ごとの秒数	300
SCAPS_RUNS_DIR	実行の入力ファイルと結果の保存場所	ユーザーのキャッシュフォルダー
SCAPS_WINEPREFIX	Linux のみ：Wine のプレフィックス	SCAPS フォルダーを含むプレフィックス
SCAPS_WINE、SCAPS_WINESERVER	Linux のみ：Wine バイナリー	システム上で自動検出
SCAPS_XVFB	Linux のみ：Xvfb の代わりに現在のディスプレイを使う場合は 0	1

プロットにはオプションの追加パッケージが必要です：uvx --with matplotlib scaps-mcp、または scaps-mcp[plot] をインストールしてください。

クライアント

Claude Code：

claude mcp add --transport stdio scaps -- uvx scaps-mcp

PyPI ではなく、リポジトリから直接実行する場合：

claude mcp add --transport stdio scaps -- uvx --from git+https://github.com/asiff00/scaps-mcp scaps-mcp

SCAPS がサーバーの検索対象外の場所にある場合は、scaps の前に --env SCAPS_HOME=<folder> を追加してください。

バッチやフィッティングで長いツールタイムアウトを設定するプロジェクト設定（.mcp.json）：

{
  "mcpServers": {
    "scaps": {
      "command": "uvx",
      "args": ["scaps-mcp"],
      "timeout": 3600000
    }
  }
}

その他の MCP クライアントも同じコマンドを起動します。SCAPS がサーバーの検索対象外の場所にある場合に限り、サーバー環境に SCAPS_HOME を設定してください。

ツール

ツール	目的
scaps_status	インストール状況、バージョン、実行フォルダー、プロット対応状況、実行中のジョブ
scaps_list_files	定義、材料、スペクトル、吸収、グレーディング、測定、その他のファイル
scaps_script_reference	インストール済みの SCAPS コマンド一覧を検索
scaps_describe_device	層、欠陥、バンドオフセットを含む界面、接点、現実性チェック
scaps_edit_device	コマンド、材料、ソルバーの数値設定を行い、新しい定義として保存
scaps_create_device	層、欠陥、界面、接点の記述から新しいデバイスを作成
scaps_import_file	SCAPS の共有ファイルを追加し、参照先の欠落ファイルを報告
scaps_write_data	データから吸収、スペクトル、生成、フィルター、グレーディング、測定ファイルを書き込み
scaps_simulate	指標、曲線、プロファイル、解析、チェックを含む単一のシミュレーション
scaps_batch	設定キーとアクションキーに対するグリッドまたはペアのスイープ
scaps_optimize	測定曲線をフィッティングするか、性能指数を最適化
scaps_jobs	実行の一覧表示、確認、待機、キャンセル
scaps_results	任意の結果ファイルからページ分割されたテーブルを取得
scaps_plot	結果の曲線とプロファイルの PNG プロット
scaps_run_script	レコーダー、数式、ループ、タンデムのワークフロー向けに検証済みの SCAPS スクリプト
scaps_sq_limit	指定されたバンドギャップとスペクトルに対する詳細釣り合い限界

定義と実行ファイルは、scaps://definitions/{name} および scaps://runs/{run_id}/{file} リソースからも利用できます。

規約

キーと単位は SCAPS スクリプト言語に準拠します：厚さは um、密度は cm^-3、界面密度は cm^-2、移動度は cm^2/Vs、速度は cm/s、断面積は cm^2、エネルギーは eV、温度は K です。層、欠陥、界面の番号は 1 から始まり、層 1 は左側（裏面）の接点に接しています。接点は contactleft と contactright で指定します。

スクリプトでは、層に最初のバルク欠陥を追加できません。scaps_create_device が欠陥を挿入して設定します。グレーディング則、多価欠陥の準位ごとのパラメーター、GUI の曲線フィッターにはスクリプトコマンドがありません。グレーディングファイル、scaps_optimize、GUI で作成した定義を使用してください。

安全性

1 つのインストールにつき、同時に実行できる SCAPS プロセスは 1 つです。すべてのプロセスが順守するファイルロック（Linux では fcntl、Windows では msvcrt）によって制御されます。SIGTERM を含め、サーバーを停止すると、サーバーが起動した SCAPS プロセスも停止します。クラッシュで残されたプロセスは、次回の実行時に停止されます。ファイル名には SCAPS フォルダー内の単独の名前を指定してください。スクリプトからシステムコマンドを実行したり、操作を妨げるダイアログを開いたりすることはできません。分離のため、プレフィックスからホストのルートへの Wine ドライブマッピングを削除してください。

関連スキル

scaps-1d スキルは、エージェントに SCAPS のワークフローと現実性のルールを教えます。単独で動作し、これらのツールが利用可能な場合は使用します。

開発

uv sync
uv run pytest
uv run pytest -m scaps
uv run ruff check src tests

引用

SCAPS を使用したシミュレーションでは、M. Burgelman, P. Nollet and S. Degrave, Modelling polycrystalline semiconductor solar cells, Thin Solid Films 361-362 (2000) 527-532, doi:10.1016/S0040-6090(99)00825-1 を引用してください。

ライセンス

MIT