Rostoucí globální energetické požadavky posouvají limity solárních technologií. Vědci ve Švédsku nyní učinili hlavní krok k odemknutí potenciálu halogenidu perovskitů.
Globální poptávka po elektřině stoupá rychlým tempem, takže je nezbytné najít udržitelné způsoby, jak uspokojit budoucí potřeby. Jedním z možných řešení spočívá ve vývoji pokročilých materiálů solárních článků, které jsou mnohem účinnější než dnes používané. Tyto nové materiály by mohly být vyrobeny tak tenké a flexibilní, že by mohly pokrýt vše od chytrých telefonů po celé budovy.
Vědci na Chalmers University of Technology Ve Švédsku nedávno dosáhl pokroku při řešení jedné z nejslibnějších, ale záhadnějších možností: Halide Perovskits. Kombinací počítačových simulací s strojové učenízačínají rozlučovat komplexní chování těchto materiálů.
Podle Mezinárodní energetické agentury je elektřina již 20 procent globálního využití energie. Očekává se, že během příštích 25 let se tento podíl zvýší nad 50 procent, což dále zdůrazňuje naléhavost rozvoje čistších a efektivnějších energetických technologií.
„Abychom uspokojili poptávku, existuje významná a rostoucí potřeba nových, ekologických a efektivnějších metod přeměny energie, jako jsou účinnější solární články. Naše zjištění jsou nezbytná pro inženýr a kontroluje jeden z nejslibnějších materiálů pro optimální využití. Je velmi vzrušující, že nyní máme simulační metody, které jsou před několika lety nevyřešeny před několika lety.
Slibné materiály pro efektivní solární články
Materiály ležící ve skupině s názvem HALALIDE perovskity jsou považovány za nejslibnější pro produkci nákladově efektivnějších, flexibilních a lehkých solárních článků a optoelektronických zařízení, jako jsou žárovky LED, protože absorbují a emitují světlo extrémně efektivně. Materiály Perovskite se však mohou rychle degradovat a vědět, jak nejlépe je využívat, vyžaduje hlubší pochopení toho, proč k tomu dochází a jak materiály fungují.
Vědci se dlouho snažili porozumět jednomu konkrétnímu materiálu ve skupině, krystalickou sloučeninu zvanou Formamidinium olovo jodid. Má vynikající optoelektronické vlastnosti. Větší využití materiálu bylo brzděno jeho nestabilitou, ale to lze vyřešit smícháním dvou typů halogenidových perovskitů. O těchto dvou typech je však zapotřebí více znalostí, aby vědci mohli směs nejlépe ovládat.
Klíč k návrhu a ovládání materiálu
Výzkumná skupina v Chalmers nyní může poskytnout podrobný popis důležité fáze materiálu, který bylo dříve obtížné vysvětlit pouze experimenty. Pochopení této fáze je klíčem k tomu, aby na něm bylo možné navrhnout a ovládat jak tento materiál, tak směsi. Studie byla nedávno zveřejněna v Journal of American Chemical Society.
„Nízkoteplotní fáze tohoto materiálu je již dlouho chybějícím kusem výzkumné puzzle a nyní jsme vyřešili základní otázku o struktuře této fáze,“ říká výzkumník Chalmers Sangita Dutta.
Strojové učení přispělo k průlomu
Odbornost vědců spočívá v budování přesných modelů různých materiálů v počítačových simulacích. To jim umožňuje testovat materiály jejich vystavením různým scénářům a ty jsou experimentálně potvrzeny.
Modelování materiálů v rodině halogenidu je však složité, protože zachycení a dekódování jejich vlastností vyžaduje silné superpočítače a dlouhé simulační časy.
„Kombinací našich standardních metod se strojovým učením jsme nyní schopni spustit simulace, které jsou tisícekrát delší než dříve. A naše modely mohou nyní obsahovat miliony atomů místo stovek, což je přibližuje skutečnému světu,“ říká Dutta.
Pozorování laboratoře odpovídají simulacím
Vědci identifikovali strukturu jodidu olova formamidinia při nízkých teplotách. Mohli také vidět, že molekuly formamidinia uvíznou v polostabilním stavu, zatímco materiál ochlazuje. Aby zajistili, že jejich studijní modely odrážejí realitu, spolupracovali s experimentálními vědci na University of Birmingham. Ochlavili materiál na – 200 ° C, aby se zajistilo, že jejich experimenty odpovídají simulacím.
„Doufáme, že poznatky, které jsme získali ze simulací, mohou v budoucnu přispět k tomu, jak modelovat a analyzovat komplexní materiály Halovide Perovskite,“ říká Erik Fransson na Katedře fyziky v Chalmers.
Reference: „Odhalení nízkoteplotní fáze FAPBI3 pomocí strojově vzděleného potenciálu“ od Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart a Julia Wiktor, 14. srpna 2025, “ Journal of American Chemical Society.
Doi: 10.1021/jacs.5c05265
Výzkum byl podporován Švédskou nadací pro strategický výzkum, Švédská energetická agentura, Švédská rada pro výzkum, Evropskou radou pro výzkum, nadací Knut a Alice Wallenberg a oblast Nano na Chalmers University of Technology. Výpočty byly usnadněny zdroji z Národní akademické infrastruktury pro superpočítadlo ve Švédsku (NAISS) na C3SE.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
