DI atrado naują medžiagą saulės elementams: laboratorijoje pasiektas 27,2 proc. efektyvumas

Sekite TechNaujienos Google

Dirbtinio intelekto ir chemijos mokslininkų komanda pranešė apie naują medžiagą, pagerinusią eksperimentinių perovskito saulės elementų veikimą. Tyrime pasiektas 27,2 proc. elektros energijos konversijos efektyvumas, o laboratorinės sistemos po 2 000 valandų stabilumo bandymo išlaikė daugiau kaip 95 proc. pradinio efektyvumo. Rezultatai vertingi, tačiau kalbama apie tyrimų sąlygas, ne apie prekyboje jau prieinamas saulės elektrines.

Spalio 28 dieną paskelbtame žurnalo „Nature Synthesis“ tyrime aprašyta DI pagrįsta molekulių atrankos sistema. Mokslininkai pradėjo nuo daugiau kaip 90 tūkst. galimų struktūrų, sukurtų iš 308 fragmentų, ir palaipsniui susiaurino pasirinkimą iki 300 kandidatų. Vertintas ne vien teorinis elektroninių savybių potencialas, bet ir galimybė medžiagas realiai susintetinti bei jų cheminis stabilumas.

Komanda galiausiai pasirinko medžiagą, pavadintą AI-1. Ji priklauso itin plonų savaime susirenkančių molekulinių sluoksnių kategorijai. Tokie sluoksniai dedami tarp skirtingų saulės elemento medžiagų ir gali turėti didelę įtaką tam, kaip perduodami elektros krūviai. Jei sąsaja veikia netinkamai, dalis energijos prarandama, o pats elementas gali greičiau degraduoti.

Perovskitai ilgą laiką vilioja galimybe gaminti labai efektyvius saulės elementus naudojant palyginti plonus aktyvių medžiagų sluoksnius. Tačiau vien aukšto efektyvumo neužtenka. Komercinei technologijai reikia ilgalaikio atsparumo karščiui, drėgmei, apšvietimo ciklams ir kitoms aplinkos sąlygoms. Būtent medžiagų sąsajos stabilumas yra viena sudėtingiausių sričių, todėl naujas rezultatas domina energetikos tyrėjus.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 39 minutės

UCLA pradeda eksperimentą: universiteto atliekos gali virsti vandenilio kuru ir mažinti CO₂ emisijas

4 min. skaitymo • prieš 1 val

Mokslininkai atrado, kaip ląstelės „masažuoja“ branduolį, kad atkurtų pažeistą DNR

4 min. skaitymo • prieš 1 val

Mokslininkai patvirtino trečiosios magnetizmo formos požymius: technologijoms atsiveria naujos galimybės

Visi naujausi straipsniai →

Mokslininkų pasirinkta strategija aktuali dėl neįprastai didelio galimų molekulių skaičiaus. Kiekvienas papildomas cheminis fragmentas gali pakeisti tiek energijos perdavimą, tiek medžiagos stabilumą. Tradicinis bandymų būdas, kai kandidatų sąrašas tikrinamas vien laboratorijoje, tokioje situacijoje tampa labai lėtas. Dirbtinio intelekto modeliai padeda susiaurinti paiešką, tačiau galutinį kandidatą vis tiek būtina realiai pagaminti ir išmatuoti.

Šiame tyrime autoriai atsižvelgė ir į tai, ar kandidatą praktiškai įmanoma susintetinti. Tai svarbu todėl, kad teoriškai labai geromis savybėmis pasižyminti molekulė gali būti pernelyg brangi arba sudėtinga masinei gamybai. Tinkamas atrankos metodas leidžia ieškoti kompromiso tarp fizikinio efektyvumo, cheminio stabilumo ir gamybos įgyvendinamumo. Būtent toks derinys ateityje gali būti vertingas pramonei.

Laboratorinis efektyvumo rodiklis dažnai matuojamas mažame elemente, esant kontroliuojamam apšvietimui ir temperatūrai. Tikra saulės elektrinė veikia esant skirtingoms oro sąlygoms, o komerciniam moduliui reikia papildomų apsauginių sluoksnių. Todėl naujas 27,2 proc. rezultatas neturėtų būti lyginamas tiesiogiai su bet kurio rinkoje parduodamo modulio deklaruojamu naudingumu. Skalės, matavimo metodai ir eksploatavimo sąlygos gali skirtis.

Kaip DI padėjo išrinkti tinkamą molekulę?

Modeliai analizavo galimas molekulių struktūras ir jų savybes, o įvertinimas buvo derinamas su chemikų žiniomis bei fizikiniais skaičiavimais. Tokiu būdu komanda išvengė būtinybės laboratorijoje atskirai gaminti ir tirti visas įmanomas kombinacijas. Tai nereiškia, kad DI vienas pats sukūrė jau įdiegtą saulės technologiją. Esminiai atradimo etapai buvo modeliavimas, cheminis sintezavimas ir eksperimentiniai matavimai.

Išbandytuose elementuose AI-1 padėjo pagerinti krūvių pernašą ir sumažinti kai kuriuos energijos nuostolius. Mokslininkai pažymėjo, kad po 2 000 valandų bandymo esant 65 laipsnių Celsijaus temperatūrai išliko didžioji dalis pradinio veikimo efektyvumo. Vis dėlto bandymas buvo atliekamas konkrečiomis laboratorinėmis sąlygomis, todėl jo rezultato negalima tiesiog paversti garantuojamu eksploatavimo metų skaičiumi ant stogo Lietuvoje.

Kokios galimybės saulės energetikai?

Lietuvai aktualus technologijos ilgaamžiškumo klausimas. Mūsų klimato sąlygomis moduliai patiria temperatūros svyravimus, drėgmę, sniegą ir nevienodą apšvietimą. Nauji perovskitų sprendimai teoriškai gali prisidėti prie efektyvesnių ateities modulių, tačiau reikėtų papildomų didelio formato gamybos, lauko bandymų ir saugos vertinimų.

Apie kitus saulės energetikos sprendimus rašėme apžvelgdami naujas saulės technologijas. Naujas „Nature Synthesis“ darbas išskirtinis ne rinkodarine prognoze, o aiškiai aprašytu DI ir chemijos procesu. Jo potencialas paaiškės, jei panašių rezultatų pavyks pasiekti didesniuose moduliuose ir ne laboratorijos aplinkoje.