Trí tuệ nhân tạo (AI) giải mã thế hệ năng lượng mặt trời tiếp theo
Bài viết của Đại học Công nghệ Chalmers
Formamidinium chì iodide được coi là một trong những vật liệu có hiệu suất tốt nhất trong nhóm perovskite halide, bởi nó có những đặc tính đầy hứa hẹn cho công nghệ pin mặt trời trong tương lai. Những phát hiện mới từ Chalmers giờ đây có thể làm sáng tỏ cấu trúc của nó; điều này rất quan trọng nếu chúng ta muốn chế tạo và kiểm soát vật liệu này. Nguồn: Chalmers
Nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng đang đẩy giới hạn của công nghệ năng lượng mặt trời. Các nhà khoa học ở Thụy Điển hiện đã có một bước tiến lớn trong việc khai phá tiềm năng của perovskite halide.
Nhu cầu điện toàn cầu đang tăng nhanh chóng, khiến việc tìm ra những phương pháp bền vững để đáp ứng nhu cầu trong tương lai trở nên cấp thiết. Một giải pháp khả thi nằm ở việc phát triển các vật liệu pin mặt trời tiên tiến, hiệu quả hơn nhiều so với những vật liệu hiện nay. Những vật liệu mới này có thể được sản xuất mỏng và linh hoạt đến mức có thể bao phủ mọi thứ, từ điện thoại thông minh đến toàn bộ tòa nhà.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển gần đây đã đạt được tiến bộ trong việc giải quyết một trong những giải pháp đầy hứa hẹn nhưng vẫn còn nhiều bí ẩn: perovskite halide. Bằng cách kết hợp mô phỏng trên máy tính với học máy, họ đang bắt đầu khám phá hành vi phức tạp của những vật liệu này.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, điện năng hiện chiếm 20% mức sử dụng năng lượng toàn cầu. Trong vòng 25 năm tới, tỷ lệ này dự kiến sẽ tăng lên trên 50%, càng nhấn mạnh tính cấp thiết của việc phát triển các công nghệ năng lượng sạch hơn và hiệu quả hơn.
“Để đáp ứng nhu cầu, nhu cầu về các phương pháp chuyển đổi năng lượng mới, thân thiện với môi trường và hiệu quả hơn, chẳng hạn như pin mặt trời hiệu suất cao hơn, đang ngày càng tăng. Những phát hiện của chúng tôi rất cần thiết để thiết kế và kiểm soát một trong những vật liệu pin mặt trời hứa hẹn nhất, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng. Thật thú vị khi giờ đây chúng ta có các phương pháp mô phỏng có thể trả lời những câu hỏi chưa được giải đáp chỉ vài năm trước”, Julia Wiktor, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu và là phó giáo sư tại Đại học Chalmers, cho biết.
Vật liệu đầy hứa hẹn cho pin mặt trời hiệu quả
Các vật liệu thuộc nhóm perovskite halide được coi là triển vọng nhất cho việc sản xuất pin mặt trời và các thiết bị quang điện tử như bóng đèn LED tiết kiệm chi phí, linh hoạt và nhẹ, nhờ khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng cực kỳ hiệu quả. Tuy nhiên, vật liệu perovskite có thể phân hủy nhanh chóng, và việc biết cách sử dụng chúng hiệu quả nhất đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc hơn về nguyên nhân và cách thức hoạt động của vật liệu.
Julia Wiktor. Nguồn: Chalmers/Anna-Lena Lundqvist
Các nhà khoa học từ lâu đã nỗ lực tìm hiểu về một vật liệu cụ thể trong nhóm này, một hợp chất tinh thể có tên là formamidinium chì iodide. Nó có các đặc tính quang điện tử nổi bật. Việc sử dụng rộng rãi vật liệu này đã bị cản trở bởi tính không ổn định của nó, nhưng điều này có thể được giải quyết bằng cách trộn hai loại perovskite halide. Tuy nhiên, cần có thêm kiến thức về hai loại vật liệu này để các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát hỗn hợp tốt nhất.
Chìa khóa trong thiết kế và kiểm soát vật liệu
Một nhóm nghiên cứu tại Chalmers hiện có thể cung cấp thông tin chi tiết về một pha quan trọng của vật liệu mà trước đây khó có thể giải thích chỉ bằng các thí nghiệm. Hiểu được pha này là chìa khóa để có thể thiết kế và kiểm soát cả vật liệu này và các hỗn hợp dựa trên nó. Nghiên cứu gần đây đã được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
“Pha nhiệt độ thấp của vật liệu này từ lâu đã là một mảnh ghép còn thiếu trong bài toán nghiên cứu, và giờ đây chúng tôi đã giải quyết được một câu hỏi cơ bản về cấu trúc của pha này”, nhà nghiên cứu Sangita Dutta của Chalmers cho biết.
Học máy đã đóng góp vào bước đột phá này
Chuyên môn của các nhà nghiên cứu nằm ở việc xây dựng các mô hình chính xác của các vật liệu khác nhau trong mô phỏng máy tính. Điều này cho phép họ thử nghiệm các vật liệu bằng cách cho chúng tiếp xúc với các kịch bản khác nhau và những điều này được xác nhận bằng thực nghiệm.
Tuy nhiên, việc mô hình hóa các vật liệu trong họ perovskite halide rất khó khăn, vì việc nắm bắt và giải mã các đặc tính của chúng đòi hỏi những siêu máy tính mạnh mẽ và thời gian mô phỏng dài.
“Bằng cách kết hợp các phương pháp tiêu chuẩn của chúng tôi với học máy, giờ đây chúng tôi có thể chạy các mô phỏng dài hơn hàng nghìn lần so với trước đây. Và các mô hình của chúng tôi giờ đây có thể chứa hàng triệu nguyên tử thay vì hàng trăm, giúp chúng gần với thế giới thực hơn”, Dutta cho biết.
Quan sát trong phòng thí nghiệm khớp với mô phỏng
Các nhà nghiên cứu đã xác định được cấu trúc của formamidinium chì iodide ở nhiệt độ thấp. Họ cũng có thể thấy rằng các phân tử formamidinium bị kẹt ở trạng thái bán ổn định trong khi vật liệu nguội đi. Để đảm bảo các mô hình nghiên cứu của họ phản ánh đúng thực tế, họ đã hợp tác với các nhà nghiên cứu thực nghiệm tại Đại học Birmingham. Họ đã làm lạnh vật liệu xuống -200°C để đảm bảo các thí nghiệm của họ khớp với mô phỏng.
“Chúng tôi hy vọng những hiểu biết thu được từ mô phỏng có thể đóng góp vào cách thức mô hình hóa và phân tích các vật liệu perovskite halide phức tạp trong
Trí tuệ nhân tạo (AI) giải mã thế hệ năng lượng mặt trời tiếp theo
Bài viết của Đại học Công nghệ Chalmers
Formamidinium chì iodide được coi là một trong những vật liệu có hiệu suất tốt nhất trong nhóm perovskite halide, bởi nó có những đặc tính đầy hứa hẹn cho công nghệ pin mặt trời trong tương lai. Những phát hiện mới từ Chalmers giờ đây có thể làm sáng tỏ cấu trúc của nó; điều này rất quan trọng nếu chúng ta muốn chế tạo và kiểm soát vật liệu này. Nguồn: Chalmers
Nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng đang đẩy giới hạn của công nghệ năng lượng mặt trời. Các nhà khoa học ở Thụy Điển hiện đã có một bước tiến lớn trong việc khai phá tiềm năng của perovskite halide.
Nhu cầu điện toàn cầu đang tăng nhanh chóng, khiến việc tìm ra những phương pháp bền vững để đáp ứng nhu cầu trong tương lai trở nên cấp thiết. Một giải pháp khả thi nằm ở việc phát triển các vật liệu pin mặt trời tiên tiến, hiệu quả hơn nhiều so với những vật liệu hiện nay. Những vật liệu mới này có thể được sản xuất mỏng và linh hoạt đến mức có thể bao phủ mọi thứ, từ điện thoại thông minh đến toàn bộ tòa nhà.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển gần đây đã đạt được tiến bộ trong việc giải quyết một trong những giải pháp đầy hứa hẹn nhưng vẫn còn nhiều bí ẩn: perovskite halide. Bằng cách kết hợp mô phỏng trên máy tính với học máy, họ đang bắt đầu khám phá hành vi phức tạp của những vật liệu này.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, điện năng hiện chiếm 20% mức sử dụng năng lượng toàn cầu. Trong vòng 25 năm tới, tỷ lệ này dự kiến sẽ tăng lên trên 50%, càng nhấn mạnh tính cấp thiết của việc phát triển các công nghệ năng lượng sạch hơn và hiệu quả hơn.
“Để đáp ứng nhu cầu, nhu cầu về các phương pháp chuyển đổi năng lượng mới, thân thiện với môi trường và hiệu quả hơn, chẳng hạn như pin mặt trời hiệu suất cao hơn, đang ngày càng tăng. Những phát hiện của chúng tôi rất cần thiết để thiết kế và kiểm soát một trong những vật liệu pin mặt trời hứa hẹn nhất, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng. Thật thú vị khi giờ đây chúng ta có các phương pháp mô phỏng có thể trả lời những câu hỏi chưa được giải đáp chỉ vài năm trước”, Julia Wiktor, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu và là phó giáo sư tại Đại học Chalmers, cho biết.
Vật liệu đầy hứa hẹn cho pin mặt trời hiệu quả
Các vật liệu thuộc nhóm perovskite halide được coi là triển vọng nhất cho việc sản xuất pin mặt trời và các thiết bị quang điện tử như bóng đèn LED tiết kiệm chi phí, linh hoạt và nhẹ, nhờ khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng cực kỳ hiệu quả. Tuy nhiên, vật liệu perovskite có thể phân hủy nhanh chóng, và việc biết cách sử dụng chúng hiệu quả nhất đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc hơn về nguyên nhân và cách thức hoạt động của vật liệu.
Julia Wiktor. Nguồn: Chalmers/Anna-Lena Lundqvist
Các nhà khoa học từ lâu đã nỗ lực tìm hiểu về một vật liệu cụ thể trong nhóm này, một hợp chất tinh thể có tên là formamidinium chì iodide. Nó có các đặc tính quang điện tử nổi bật. Việc sử dụng rộng rãi vật liệu này đã bị cản trở bởi tính không ổn định của nó, nhưng điều này có thể được giải quyết bằng cách trộn hai loại perovskite halide. Tuy nhiên, cần có thêm kiến thức về hai loại vật liệu này để các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát hỗn hợp tốt nhất.
Chìa khóa trong thiết kế và kiểm soát vật liệu
Một nhóm nghiên cứu tại Chalmers hiện có thể cung cấp thông tin chi tiết về một pha quan trọng của vật liệu mà trước đây khó có thể giải thích chỉ bằng các thí nghiệm. Hiểu được pha này là chìa khóa để có thể thiết kế và kiểm soát cả vật liệu này và các hỗn hợp dựa trên nó. Nghiên cứu gần đây đã được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
“Pha nhiệt độ thấp của vật liệu này từ lâu đã là một mảnh ghép còn thiếu trong bài toán nghiên cứu, và giờ đây chúng tôi đã giải quyết được một câu hỏi cơ bản về cấu trúc của pha này”, nhà nghiên cứu Sangita Dutta của Chalmers cho biết.
Học máy đã đóng góp vào bước đột phá này
Chuyên môn của các nhà nghiên cứu nằm ở việc xây dựng các mô hình chính xác của các vật liệu khác nhau trong mô phỏng máy tính. Điều này cho phép họ thử nghiệm các vật liệu bằng cách cho chúng tiếp xúc với các kịch bản khác nhau và những điều này được xác nhận bằng thực nghiệm.
Tuy nhiên, việc mô hình hóa các vật liệu trong họ perovskite halide rất khó khăn, vì việc nắm bắt và giải mã các đặc tính của chúng đòi hỏi những siêu máy tính mạnh mẽ và thời gian mô phỏng dài.
“Bằng cách kết hợp các phương pháp tiêu chuẩn của chúng tôi với học máy, giờ đây chúng tôi có thể chạy các mô phỏng dài hơn hàng nghìn lần so với trước đây. Và các mô hình của chúng tôi giờ đây có thể chứa hàng triệu nguyên tử thay vì hàng trăm, giúp chúng gần với thế giới thực hơn”, Dutta cho biết.
Quan sát trong phòng thí nghiệm khớp với mô phỏng
Các nhà nghiên cứu đã xác định được cấu trúc của formamidinium chì iodide ở nhiệt độ thấp. Họ cũng có thể thấy rằng các phân tử formamidinium bị kẹt ở trạng thái bán ổn định trong khi vật liệu nguội đi. Để đảm bảo các mô hình nghiên cứu của họ phản ánh đúng thực tế, họ đã hợp tác với các nhà nghiên cứu thực nghiệm tại Đại học Birmingham. Họ đã làm lạnh vật liệu xuống -200°C để đảm bảo các thí nghiệm của họ khớp với mô phỏng.
“Chúng tôi hy vọng những hiểu biết thu được từ mô phỏng có thể đóng góp vào cách thức mô hình hóa và phân tích các vật liệu perovskite halide phức tạp trong
Trí tuệ nhân tạo (AI) giải mã thế hệ năng lượng mặt trời tiếp theo
Bài viết của Đại học Công nghệ Chalmers
Formamidinium chì iodide được coi là một trong những vật liệu có hiệu suất tốt nhất trong nhóm perovskite halide, bởi nó có những đặc tính đầy hứa hẹn cho công nghệ pin mặt trời trong tương lai. Những phát hiện mới từ Chalmers giờ đây có thể làm sáng tỏ cấu trúc của nó; điều này rất quan trọng nếu chúng ta muốn chế tạo và kiểm soát vật liệu này. Nguồn: Chalmers
Nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng đang đẩy giới hạn của công nghệ năng lượng mặt trời. Các nhà khoa học ở Thụy Điển hiện đã có một bước tiến lớn trong việc khai phá tiềm năng của perovskite halide.
Nhu cầu điện toàn cầu đang tăng nhanh chóng, khiến việc tìm ra những phương pháp bền vững để đáp ứng nhu cầu trong tương lai trở nên cấp thiết. Một giải pháp khả thi nằm ở việc phát triển các vật liệu pin mặt trời tiên tiến, hiệu quả hơn nhiều so với những vật liệu hiện nay. Những vật liệu mới này có thể được sản xuất mỏng và linh hoạt đến mức có thể bao phủ mọi thứ, từ điện thoại thông minh đến toàn bộ tòa nhà.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển gần đây đã đạt được tiến bộ trong việc giải quyết một trong những giải pháp đầy hứa hẹn nhưng vẫn còn nhiều bí ẩn: perovskite halide. Bằng cách kết hợp mô phỏng trên máy tính với học máy, họ đang bắt đầu khám phá hành vi phức tạp của những vật liệu này.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, điện năng hiện chiếm 20% mức sử dụng năng lượng toàn cầu. Trong vòng 25 năm tới, tỷ lệ này dự kiến sẽ tăng lên trên 50%, càng nhấn mạnh tính cấp thiết của việc phát triển các công nghệ năng lượng sạch hơn và hiệu quả hơn.
“Để đáp ứng nhu cầu, nhu cầu về các phương pháp chuyển đổi năng lượng mới, thân thiện với môi trường và hiệu quả hơn, chẳng hạn như pin mặt trời hiệu suất cao hơn, đang ngày càng tăng. Những phát hiện của chúng tôi rất cần thiết để thiết kế và kiểm soát một trong những vật liệu pin mặt trời hứa hẹn nhất, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng. Thật thú vị khi giờ đây chúng ta có các phương pháp mô phỏng có thể trả lời những câu hỏi chưa được giải đáp chỉ vài năm trước”, Julia Wiktor, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu và là phó giáo sư tại Đại học Chalmers, cho biết.
Vật liệu đầy hứa hẹn cho pin mặt trời hiệu quả
Các vật liệu thuộc nhóm perovskite halide được coi là triển vọng nhất cho việc sản xuất pin mặt trời và các thiết bị quang điện tử như bóng đèn LED tiết kiệm chi phí, linh hoạt và nhẹ, nhờ khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng cực kỳ hiệu quả. Tuy nhiên, vật liệu perovskite có thể phân hủy nhanh chóng, và việc biết cách sử dụng chúng hiệu quả nhất đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc hơn về nguyên nhân và cách thức hoạt động của vật liệu.
Julia Wiktor. Nguồn: Chalmers/Anna-Lena Lundqvist
Các nhà khoa học từ lâu đã nỗ lực tìm hiểu về một vật liệu cụ thể trong nhóm này, một hợp chất tinh thể có tên là formamidinium chì iodide. Nó có các đặc tính quang điện tử nổi bật. Việc sử dụng rộng rãi vật liệu này đã bị cản trở bởi tính không ổn định của nó, nhưng điều này có thể được giải quyết bằng cách trộn hai loại perovskite halide. Tuy nhiên, cần có thêm kiến thức về hai loại vật liệu này để các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát hỗn hợp tốt nhất.
Chìa khóa trong thiết kế và kiểm soát vật liệu
Một nhóm nghiên cứu tại Chalmers hiện có thể cung cấp thông tin chi tiết về một pha quan trọng của vật liệu mà trước đây khó có thể giải thích chỉ bằng các thí nghiệm. Hiểu được pha này là chìa khóa để có thể thiết kế và kiểm soát cả vật liệu này và các hỗn hợp dựa trên nó. Nghiên cứu gần đây đã được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
“Pha nhiệt độ thấp của vật liệu này từ lâu đã là một mảnh ghép còn thiếu trong bài toán nghiên cứu, và giờ đây chúng tôi đã giải quyết được một câu hỏi cơ bản về cấu trúc của pha này”, nhà nghiên cứu Sangita Dutta của Chalmers cho biết.
Học máy đã đóng góp vào bước đột phá này
Chuyên môn của các nhà nghiên cứu nằm ở việc xây dựng các mô hình chính xác của các vật liệu khác nhau trong mô phỏng máy tính. Điều này cho phép họ thử nghiệm các vật liệu bằng cách cho chúng tiếp xúc với các kịch bản khác nhau và những điều này được xác nhận bằng thực nghiệm.
Tuy nhiên, việc mô hình hóa các vật liệu trong họ perovskite halide rất khó khăn, vì việc nắm bắt và giải mã các đặc tính của chúng đòi hỏi những siêu máy tính mạnh mẽ và thời gian mô phỏng dài.
“Bằng cách kết hợp các phương pháp tiêu chuẩn của chúng tôi với học máy, giờ đây chúng tôi có thể chạy các mô phỏng dài hơn hàng nghìn lần so với trước đây. Và các mô hình của chúng tôi giờ đây có thể chứa hàng triệu nguyên tử thay vì hàng trăm, giúp chúng gần với thế giới thực hơn”, Dutta cho biết.
Quan sát trong phòng thí nghiệm khớp với mô phỏng
Các nhà nghiên cứu đã xác định được cấu trúc của formamidinium chì iodide ở nhiệt độ thấp. Họ cũng có thể thấy rằng các phân tử formamidinium bị kẹt ở trạng thái bán ổn định trong khi vật liệu nguội đi. Để đảm bảo các mô hình nghiên cứu của họ phản ánh đúng thực tế, họ đã hợp tác với các nhà nghiên cứu thực nghiệm tại Đại học Birmingham. Họ đã làm lạnh vật liệu xuống -200°C để đảm bảo các thí nghiệm của họ khớp với mô phỏng.
“Chúng tôi hy vọng những hiểu biết thu được từ mô phỏng có thể đóng góp vào cách thức mô hình hóa và phân tích các vật liệu perovskite halide phức tạp trong
"Tương lai", Erik Fransson, thuộc Khoa Vật lý tại Đại học Chalmers, cho biết.
Tài liệu tham khảo: "Tiết lộ Pha Nhiệt độ Thấp của FAPbI3 Sử dụng Điện thế Học máy" của Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart và Julia Wiktor, ngày 14 tháng 8 năm 2025, Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
DOI: 10.1021/jacs.5c05265
Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ Nghiên cứu Chiến lược Thụy Điển, Cơ quan Năng lượng Thụy Điển, Hội đồng Nghiên cứu Thụy Điển, Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu, Quỹ Knut và Alice Wallenberg và Khu vực Tiên tiến Nano tại Đại học Công nghệ Chalmers. Các tính toán được hỗ trợ bởi các nguồn lực từ Cơ sở Hạ tầng Học thuật Quốc gia về Siêu máy tính tại Thụy Điển (NAISS) tại C3SE.
