Η αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση ενέργειας πιέζει τα όρια των τεχνολογιών για τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Επιστήμονες στη Σουηδία έχουν πλέον κάνει ένα σημαντικό βήμα προς τη δημιουργία προηγμένων υλικών ηλιακών κυττάρων που είναι πολύ πιο αποδοτικά από αυτά που χρησιμοποιούνται σήμερα. Αυτά τα νέα υλικά θα μπορούσαν να κατασκευαστούν τόσο λεπτά και ευέλικτα ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια ευρεία γκάμα από τα κινητά τηλέφωνα έως ολόκληρα κτίρια.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Chalmers στη Σουηδία σημείωσαν πρόοδο στην αντιμετώπιση μιας από τις πιο υποσχόμενες αλλά και αινιγματικές επιλογές, τους περσοβσκίτες αλογονιδίων. Συνδυάζοντας προσομοιώσεις με χρήση μηχανικής μάθησης (ενός κλάδου της τεχνητής νοημσούνης) αρχίζουν να αποκωδικοποιούν τη σύνθετη συμπεριφορά αυτών των υλικών.
Σύμφωνα με τη Διεθνή Υπηρεσία Ενέργειας, ο ηλεκτρισμός αντιπροσωπεύει ήδη το 20% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. Μέσα στα επόμενα 25 χρόνια, το ποσοστό αυτό αναμένεται να ξεπεράσει το 50%, τονίζοντας περαιτέρω την ανάγκη ανάπτυξης καθαρότερων και πιο αποδοτικών ενεργειακών τεχνολογιών.
«Για να καλύψουμε τη ζήτηση, υπάρχει μια σημαντική και αυξανόμενη ανάγκη για νέες φιλικές προς το περιβάλλον και αποδοτικές μεθόδους μετατροπής ενέργειας όπως τα πιο αποδοτικά ηλιακά κύτταρα. Τα ευρήματά μας είναι απαραίτητα για τον σχεδιασμό και τον έλεγχο ενός από τα πιο υποσχόμενα υλικά ηλιακών κυττάρων για βέλτιστη αξιοποίηση. Είναι πολύ συναρπαστικό ότι πλέον διαθέτουμε μεθόδους προσομοίωσης που μπορούν να απαντήσουν σε ερωτήματα που πριν από λίγα χρόνια παρέμεναν άλυτα» λέει η Τζούλια Γουίκτορ κύρια ερευνήτρια της μελέτης και επίκουρη καθηγήτρια στο Chalmers.
Τα νέα υλικά
Τα υλικά που ανήκουν σε μια ομάδα που ονομάζεται αλογονιδικοί περσοβσκίτες θεωρούνται τα πιο υποσχόμενα για την παραγωγή οικονομικών, ευέλικτων και ελαφριών ηλιακών κυττάρων και οπτοηλεκτρονικών συσκευών, όπως οι λάμπες LED, καθώς απορροφούν και εκπέμπουν φως με εξαιρετική αποδοτικότητα. Ωστόσο τα υλικά περσοβσκίτη μπορούν να υποβαθμιστούν γρήγορα και η καλύτερη χρήση τους απαιτεί βαθύτερη κατανόηση του γιατί συμβαίνει αυτό και πώς λειτουργούν.
Οι επιστήμονες αντιμετώπιζαν εδώ και καιρό δυσκολίες στην κατανόηση ενός συγκεκριμένου υλικού της ομάδας μιας κρυσταλλικής ένωσης που ονομάζεται φορμαμίδιο μόλυβδος ιωδίου και έχει εξαιρετικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες. Η ευρύτερη χρήση του υλικού περιοριζόταν λόγω της αστάθειάς του,αλλά αυτό μπορεί να λυθεί με την ανάμιξη δύο τύπων αλογονιδικών περσοβσκιτών. Παρ’ όλα αυτά, χρειάζεται περισσότερη γνώση για τους δύο τύπους ώστε οι ερευνητές να μπορούν να ελέγχουν καλύτερα το μείγμα.
Μια ερευνητική ομάδα στο Chalmers μπορεί πλέον να παρέχει λεπτομερή περιγραφή μιας σημαντικής φάσης του υλικού η οποία μέχρι πρότινος ήταν δύσκολο να εξηγηθεί μόνο με πειράματα. Η κατανόηση αυτής της φάσης είναι καθοριστική για τον σχεδιασμό και τον έλεγχο τόσο αυτού του υλικού όσο και των μειγμάτων που βασίζονται σε αυτό. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Journal of the American Chemical Society».
«Η φάση χαμηλής θερμοκρασίας αυτού του υλικού ήταν για καιρό ένα κομμάτι που έλειπε από το παζλ της έρευνας, και πλέον έχουμε επιλύσει ένα θεμελιώδες ερώτημα σχετικά με τη δομή αυτής της φάσης», λέει η Σανγκίτα Ντούτα, ερευνήτρια του Chalmers.
Η μηχανική μάθηση
Η ειδικότητα των ερευνητών έγκειται στη δημιουργία ακριβών μοντέλων διαφόρων υλικών σε υπολογιστικές προσομοιώσεις. Αυτό τους επιτρέπει να δοκιμάζουν τα υλικά εκθέτοντας τα σε διαφορετικά σενάρια, τα οποία επιβεβαιώνονται πειραματικά.
Ωστόσο, η μοντελοποίηση υλικών της οικογένειας των αλογονιδικών περσοβσκιτών είναι απαιτητική, καθώς η καταγραφή και η αποκωδικοποίηση των ιδιοτήτων τους απαιτεί ισχυρούς υπερυπολογιστές και μακροχρόνιες προσομοιώσεις.
«Συνδυάζοντας τις τυπικές μας μεθόδους με μηχανική μάθηση, πλέον μπορούμε να τρέχουμε προσομοιώσεις χιλιάδες φορές μεγαλύτερες από πριν. Και τα μοντέλα μας πλέον μπορούν να περιλαμβάνουν εκατομμύρια άτομα αντί για εκατοντάδες, φέρνοντάς τα πιο κοντά στον πραγματικό κόσμο» λέει η Ντούτα
Οι ερευνητές προσδιόρισαν τη δομή του φορμαμιδίου μολύβδου ιωδίου σε χαμηλές θερμοκρασίες. Διαπίστωσαν επίσης ότι τα μόρια φορμαμιδινίου παγιδεύονται σε μια ημισταθερή κατάσταση καθώς το υλικό ψύχεται. Για να διασφαλίσουν ότι τα μοντέλα της μελέτης αντικατοπτρίζουν την πραγματικότητα, συνεργάστηκαν με πειραματικούς ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ, ψύχοντας το υλικό έως –200 βαθμούς Κεσλίου ώστε τα πειράματά τους να ταιριάζουν με τις προσομοιώσεις.
«Ελπίζουμε ότι οι γνώσεις που αποκτήσαμε από τις προσομοιώσεις θα συμβάλουν στο πώς να μοντελοποιούμε και να αναλύουμε σύνθετα υλικά αλογονιδικών περσοβσκιτών στο μέλλον» λέει ο Έρικ Φράνσον από το Τμήμα Φυσικής του Chalmers.
Naftemporiki.gr
