31.05.2018
Сегодня никто не сомневается, что именно солнечные батареи будут играть ключевую роль в переходе к возобновляемой экономике. Органические фотовольтаики (ОФВ) – это солнечные фотоэлементы на основе поглощающей свет органической молекулы, в сочетании с полупроводниковым полимером.
OФВ производятся из недорогих, легких материалов, они безопасны и просты в производстве. Однако их эффективность преобразования мощности (ЭПМ) - способность преобразовывать свет в электричество, все еще слишком низка для полномасштабной коммерциализации.
ЭПМ зависит как от органического, так и от полимерного слоя. Традиционно химики экспериментировали с различными комбинациями этих материалов, действуя методом проб и ошибок. Такой путь требовал значительных затрат усилий и времени.
Теперь все иначе, благодаря тому, что команда исследователей Университета Осаки использовала компьютерные технологии для автоматизации поиска подходящих материалов для этой инновации. Результаты этой работы были опубликованы в «Journal of Physical Chemistry Letters».
Первый автор исследования Синдзи Нагасава так это объясняет: «Выбор полимера влияет на несколько свойств, таких как ток короткого замыкания, которые непосредственно определяют ЭПМ. Однако пока у нас нет простого способа производства полимеров с улучшенными свойствами. Традиционные технологии не подходят, поэтому мы применяем искусственный интеллект, для принципиально иного подхода».
Компьютерные технологии помогут совладать с большим объемом данных, и обнаружить статистические тенденции, которые ускользают от специалистов. Команда ученых уже собрала данные по 1200 ОФВ из примерно 500 исследований. Используя технологию машинного обучения в режиме Random Forest, они создали модель, сочетающую в себе ширину запрещенной зоны, молекулярную массу и химическую структуру предыдущих OФВ, вместе с их ЭПМ, для прогнозирования эффективности потенциальных новых устройств.
Также им удалось обнаружить улучшенную корреляцию между свойствами материалов и их фактической производительностью в ОФВ. Список лучших «кандидатов» был сокращен на основе данных о том, что именно будет проще синтезировать на практике.
Эта стратегия привела команду ученых к созданию принципиально нового полимера. Практический ОФВ, основанный на этом полимере, оказался менее эффективным, чем ожидалось. Однако реализованная модель предоставила полезную информацию о соотношении в материалах фактора «структура-свойство». Потенциально результаты могут получиться более эффективными, за счет включения большего количества данных, таких как растворимость полимеров в воде или стабильность их основы.
Соавтор исследования Акинори Саэки так комментирует свою работу: «Компьютерные технологии способны значительно усовершенствовать современные солнечные фотоэлементы, так как они практически мгновенно выдают результаты, получение которых ранее требовало нескольких месяцев работы в лаборатории. Это – не просто замена человеческого труда, но и отличная поддержка для ученых, которые ищут для себя новые пути исследований».