Η ΑΙ ρίχνει φως στα υπερ-φωτοβολταϊκά

 Σάββατο, 11 Οκτωβρίου, 2025

Εργαλεία Τεχνητής Νοημοσύνης αναδεικνύουν άγνωστες μοριακές ιδιότητες του περοβσκίτη FAPbI3, που μπορεί να επιταχύνει την ηλεκτροπαραγωγή από τεχνολογίες ηλιακής ενέργειας

Ψηφιοποίηση, ενεργοβόρες τεχνολογίες αιχμής ή και ανάπτυξη αναδυόμενων οικονομιών συνθέτουν την ολοένα και αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια. Παράλληλα, η μετάβαση προς «καθαρότερες» ενεργειακές πηγές αποκτά ζωτική σημασία, τη στιγμή που οι συμβατικές μέθοδοι ηλεκτροπαραγωγής παραμένουν μεν κυρίαρχες αλλά συνοδεύονται από υψηλό περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Σε αυτό το τοπίο τα φωτοβολταϊκά κελιά διαδραματίζουν πρωταγωνιστικό ρόλο, καθώς αποτελούν μία από τις πιο ώριμες και γρήγορα αναπτυσσόμενες τεχνολογίες καθαρής ενέργειας παγκοσμίως.

Μια νέα μελέτη προερχόμενη από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Τσάλμερς της Σουηδίας δίνει ακόμη ένα «προβάδισμα» στην τεχνολογία των φωτοβολταϊκών. Οπως αναφέρεται στη σχετική δημοσίευση στο «Journal of the American Chemical Society», για πρώτη φορά επιτεύχθηκε ουσιαστική πρόοδος στην κατανόηση των φυσικών ιδιοτήτων των αλογονούχων περοβσκιτών με τη βοήθεια της Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ). Παρότι φέρουν εδώ και πολλά χρόνια τον τίτλο των «πολλά υποσχόμενων» υλικών για χρήση σε φωτοβολταϊκά κελιά, η πρακτική αξιοποίησή τους έχει καθυστερήσει, κυρίως λόγω των περιορισμένων γνώσεών μας γύρω από τη φυσικοχημική τους συμπεριφορά.

Σημαντική ανακάλυψη για τη χημική δομή

Οι επονομαζόμενοι «αλογονούχοι περοβσκίτες» (κατηγορία ημιαγώγιμων υλικών) θεωρούνται από τους πλέον υποσχόμενους υποψήφιους για την κατασκευή οικονομικών, εύκαμπτων και χαμηλού βάρους φωτοβολταϊκών. Και αυτό καθότι έχουν την ικανότητα να απορροφούν και να εκπέμπουν φως με εξαιρετικά αποδοτικό τρόπο.

Ομως, παρά τις προηγμένες ιδιότητές τους, τείνουν να αποσυντίθενται σχετικά γρήγορα και αυτό αποτελεί το μεγαλύτερο εμπόδιο για την ευρεία διάθεσή τους. Σύμφωνα με τους ειδικούς, η σταθερότητα μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με την ανάμειξη διαφορετικών τύπων περοβσκίτη, δηλαδή τη δημιουργία μεικτών δομών. Αυτό όμως είναι κάθε άλλο παρά εύκολο, καθώς προϋποθέτει ακριβή μοριακό έλεγχο και την εις βάθος κατανόηση των δομικών μεταβολών που υφίστανται τα υλικά σε διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες.

Κινούμενη προς αυτή την κατεύθυνση, η ομάδα του Τσάλμερς εμβάθυνε σε ένα από τα αποδοτικότερα αλλά και πιο «μυστηριώδη» υλικά αυτής της ομάδας: τον ιωδιούχο φορμαμιδινικό μόλυβδο (formamidinium lead iodide) ή πιο απλά FAPbI³, ο οποίος με τη σειρά του ενώ διαθέτει εξαιρετικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες, περιορίζεται λόγω της αστάθειάς του. Οι ερευνητές κατάφεραν να προσδιορίσουν με ακρίβεια μια μοναδική διαμόρφωση της δομής του FAPbI³ σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, κάτι που ήταν δύσκολο να μελετηθεί μόνο με τις εργαστηριακές πειραματικές μεθόδους.

Ο ρόλος της Τεχνητής Νοημοσύνης

Η ομάδα αξιοποίησε ισχυρούς υπολογιστές και τεχνικές μηχανικής μάθησης για να πραγματοποιήσει προσομοιώσεις μεγάλης κλίμακας, οι οποίες θα συνυπολόγιζαν τις αλληλεπιδράσεις εκατομμυρίων ατόμων, προσεγγίζοντας έτσι με μεγαλύτερη ακρίβεια τις πραγματικές, φυσικές συνθήκες. Χάρη στις προηγμένες προσομοιώσεις, οι ερευνητές κατέγραψαν την κρυσταλλική δομή του υλικού σε ακραία χαμηλές θερμοκρασίες, διαπιστώνοντας παράλληλα ότι τα μόρια του φορμαμιδινίου εγκλωβίζονται, κατά την ψύξη, σε μια μεταβατική και ημισταθερή φάση. Αυτή η αθέατη διαμόρφωση στην οποία επέρχονται τα μόρια του υλικού όταν ψύχονται, φαίνεται να είναι το «χαμένο κομμάτι» ενός παζλ, το οποίο αν συμπληρωθεί πλήρως θα επιτρέψει στους επιστήμονες να σχεδιάζουν πιο σταθερά και αποδοτικά μείγματα περοβσκιτών.

Η ακρίβεια των ευρημάτων επιβεβαιώθηκε και πειραματικά σε συνεργασία με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μπέρμιγχαμ, οι οποίοι αφού το έψυξαν στους -200°C, μελέτησαν με τη σειρά τους αυτή την άγνωστη έως τώρα μοριακή ιδιότητα. Αναμφισβήτητα, η νέα μελέτη δεν αποτελεί απλώς ένα σημαντικό βήμα για την αξιοποίηση των περοβσκιτών στην ενεργειακή μετάβαση αλλά και ένα σημαντικό παράδειγμα της ερευνητικής υπεραξίας της Τεχνητής Νοημοσύνης.