Структура перовскитных материалов для солнечных элементов

Мировое потребление электроэнергии продолжает расти, что требует разработки устойчивых решений. Создание новых материалов может привести к появлению значительно более эффективных солнечных элементов, которые будут настолько тонкими и гибкими, что смогут покрывать поверхности от мобильных устройств до целых зданий.

Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции с помощью компьютерного моделирования и машинного обучения сделали важный шаг в понимании галогенидных перовскитов — одних из самых перспективных, но сложных для изучения материалов.

Согласно данным Международного энергетического агентства, доля электроэнергии в мировом энергопотреблении превысит 50% через 25 лет по сравнению с текущими 20%. «Для удовлетворения спроса необходим поиск новых экологичных и эффективных методов преобразования энергии, включая усовершенствованные солнечные элементы», — отмечает Джулия Виктор, руководитель исследования.

Галогенидные перовскиты считаются наиболее перспективными для создания экономичных, гибких и легких солнечных панелей, а также оптоэлектронных устройств, таких как светодиодные лампы. Однако эти материалы могут быстро деградировать, что требует более глубокого понимания их свойств.

Особый интерес представляет кристаллическое соединение — формиадиний свинца йодид, обладающее выдающимися оптоэлектронными характеристиками. Его нестабильность можно решить путем смешивания с другими перовскитами, но для этого необходимо детальное изучение их структуры.

Исследовательская группа смогла определить низкотемпературную фазу этого материала, что ранее было затруднительно сделать экспериментальными методами. «Этот этап является ключевым для проектирования и контроля как самого материала, так и его смесей», — поясняет исследователь Сангита Дутта.

Машинное обучение позволило значительно ускорить моделирование, увеличив его продолжительность в тысячи раз и расширив масштабы до миллионов атомов. Для проверки результатов ученые сотрудничали с экспериментаторами из Университета Бирмингема, охлаждая материал до –200°C.

Полученные данные открывают новые возможности для анализа сложных перовскитных материалов и их практического применения в энергетике.