AI fremmer tyndfilmssolenergi ved at låse op for perovskitstabilitet

Fra silicium til tynde film

I vores artikel “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”, forklarede vi, hvordan stigningen i solenergi var ved at indlede en revolution i vores energiforsyning, i det mindste på lang sigt.

Indtil videre er omkring 90 % af solpanelerne fremstillet med siliciumbaseret teknologi, hvor langt størstedelen bruger polysiliciumdesigns, som har erstattet de ældre monosiliciumdesigns (monokrystallinsk silicium er mere holdbart, men også mindre omkostningseffektivt).

Kilde: EIA

Et alternativ er perovskitter, også ofte kaldet tyndfilmssolceller, som indfanger solens energi takket være den unikke krystallinske struktur af perovskit. (En anden form for tyndfilmssolteknologi bruger cadmiumtellurid tyndfilmceller.)

Udtrykket tynd film stammer fra det meget tyndere lag af materiale, der kræves for at producere elektricitet, hvilket giver mere fleksible og lettere solceller.

Naturligt forekommende perovskitter består af calcium- og titandioxid (CaTiO3), men andre mineraler kan have den samme krystallinske struktur med en kemisk formel, der følger en “ABX3”-regel.

Selvom de har meget høj energiomdannelseseffektivitet, er perovskitter mindre holdbare end siliciumsolceller, hvilket har hæmmet praktisk brug og deres kommercielle adoption.

Forskere ved Chalmers University of Technology (Sverige) og University of Birmingham brugte maskinlæring til at klarlægge den manglende del af den teoretiske viden om perovskitkrystallstruktur, hvilket baner vejen for at gøre dem mere holdbare og dermed måske den næste generation af kommerciel fotovoltaisk teknologi.

De offentliggjorde deres resultater i Journal of the American Chemical Society¹, under titlen “Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential”.

Formamidinium Perovskit Stabilitet

Forskerne arbejdede med et materiale kaldet formamidinium blyiodid (FAPbI3). Det betragtes som et af de bedst præsterende materialer i halidperovskitgruppen på grund af dets lovende egenskaber for fremtidige solcelle-teknologier.

Materialet er dog generelt ikke stabilt nok under sollys til kommerciel anvendelse, og en del af årsagen er, at den lavtemperaturfase af formamidinium blyiodid indtil nu har været dårligt forstået.

“Den lavtemperaturfase af dette materiale har længe været et manglende brik i forskningspuslespillet, og vi har nu løst et grundlæggende spørgsmål om strukturen af denne fase.”

Sangita Dutt – Chalmers University Of Technology

Avanceret AI-modellering

Eksperimentelle observationer har indtil nu ikke været tilstrækkelige til at forstå FAPbI3-krystallstrukturen. Traditionelle computersimuleringer, der forsøger at beregne og simulere atomernes adfærd én efter én, kræver kraftfulde supercomputere og lange simuleringsperioder.

I stedet brugte forskerne deres ekspertise inden for maskinlæring til drastisk at forbedre effektiviteten af computersimuleringer.

“Ved at kombinere vores standardmetoder med maskinlæring kan vi nu køre simuleringer, der er tusinder af gange længere end før.

Og vores modeller kan nu indeholde millioner af atomer i stedet for hundreder, hvilket bringer dem tættere på den virkelige verden,

Sangita Dutt – Chalmers University Of Technology

Krystallfaseovergange i FAPbI3

Afhængig af temperaturen kan FAPbI3 antage forskellige krystallstrukturer: kubisk ved 300 K (27 °C / 80 °F), tetragonal under 285 K (12 °C / 53 °F) og stadig ukendt ved 140 K (-133 °C / -207 °F).

Kilde: Journal of the American Chemical Society

De fandt, at deres simulering forudsagde, at materialet kan bringes i en semi‑stabil tilstand, når det afkøles.

De testede det derefter i virkeligheden ved -200 °C / -328 °F for at bekræfte, at simuleringen nøjagtigt forudsiger perovskitkrystallernes adfærd, især under denne endnu ubekræftede tilstand.

Modellen fungerede fortrinsvis med næsten perfekt forudsigelse af kulstofatomernes bevægelse og en tilstrækkelig præcis forudsigelse for nitrogenatomer.

Kilde: Journal of the American Chemical Society

Anvendelser af AI-drevet perovskitforskning

Denne model er den første, der med god nøjagtighed kan forudsige alle krystallstrukturer af dette perovskitmateriale. Den er også langt mindre krævende med hensyn til beregningsressourcer, hvilket gør den anvendelig for næsten ethvert forskningsteam i verden. Så den kan drastisk fremskynde udviklingen af denne teknologi.

Krystallstruktur og deres stabilitet er grundpillerne for at gøre perovskit mere holdbart, og de er også afgørende for at gøre dem kommercielt levedygtige.

“Vi håber, at de indsigter, vi har opnået fra simuleringerne, kan bidrage til, hvordan man modellerer og analyserer komplekse halidperovskitmaterialer i fremtiden,”

Erik Fransson – Chalmers University Of Technology

Tyndfilmssolenergi, som er mere fleksibel, kan implementeres i mange flere sammenhænge end traditionelle solpaneler. De er også meget lettere i vægt.

Så hvis perovskit kan anvendes kommercielt, kunne vi begynde at bruge det på bygningers overflader, biler, tage, mobiltelefoner osv., hvilket giver rigelig energi uden behov for at afsætte jord til store solfarme.

Amidimium ser ud til at være den rette retning for denne teknologi, og andre rapporter indikerer også, at en beskyttende belægning af amidimium kan radikalt forlænge levetiden for tyndfilmssolceller. Alumina‑nanopartikler kunne også øge levetiden for perovskitsolceller med 10‑fold.

Sandsynligvis vil en kombination af flere af disse teknologier opstå for at skabe en ultra‑holdbar tyndfilm perovskitsolcelle.

Swipe for at rulle →

Investering i solinnovation

First Solar er den største producent af solpaneler i USA og i hele den vestlige halvkugle med produktionssteder i USA, Malaysia og Vietnam.

Virksomheden bruger ikke den klassiske krystallinske siliciumteknologi, men i stedet deres proprietære tyndfilm‑fotovoltaik.

Baseret på cadmiumtellurid er de mere effektive, produceres til lavere omkostninger og kan let masseproduceres.

Kilde: Department Of Energy

Cadmiumtellurid tyndfilmssolpaneler er også mere holdbare og bevarer 89 % af den oprindelige ydeevne efter 30 år.

Kilde: First Solar

Cadmium og tellurid er biprodukter fra minedrift af andre metaller, hvilket betyder, at First Solar-produkter har minimal påvirkning, da de bruger ressourcer, der før havde lidt anvendelse. Tyndfilmspaneler kan også have en høj genanvendelsesrate.

Virksomhedens fokus på tyndfilm‑semikonduktorteknologi gør den fuldt vertikalt integreret, hvilket gør den radikalt anderledes end den siliciumbaserede solpanelindustri.

I stedet for flere fabrikker, hvor hver aktør er specialiseret i et segment som polysiliciumrensning, og hvor det tager mange dage at producere en solcelle, kan First Solar gå fra råmaterialer til færdigt produkt på under 4 timer.

Kilde: First Solar

First Solars teknologiske fordel, kombineret med dens geografiske placering, gør den til den sandsynlige modtager af den stigende opfordring til, at vestlige lande skal skaffe deres paneler uden for Kina.

Virksomheden øger hurtigt sin produktionskapacitet med mål om at nå en navnekapacitet på 25 GW i 2026, fra de nuværende 11 GW.

First Solar har brugt i alt 2 mia. $ på F&U siden grundlæggelsen. F&U‑teams hos First Solar forudser en tyndfilm‑CdTe med 25 % celleeffektivitet og veje til 28 % celleeffektivitet inden 2030.

I betragtning af dets involvering i den her diskuterede forskning er virksomheden også tydeligt interesseret i perovskit, mindst så snart disse paneler er tilstrækkeligt holdbare.

På længere sigt ser First Solar på at integrere sin erfaring med cadmiumtellurid tyndfilm i perovskitteknologi, så de resulterende solpaneler bliver endnu mere effektive.

Kilde: First Solar

Samlet set er First Solar en teknologisk leder, der vil drage fordel af told på kinesiske importvarer, hvilket sandsynligvis vil kompensere for den negative effekt på solenergiindustrien fra Trumps genvalg.

Selvom fokus primært er på tyndfilmssolenergi med cadmiumtellurid for nu, kan dens ekspertise inden for ikke‑silicium solpanelproduktion give den et betydeligt forspring med perovskit, især i betragtning af dens tætte forbindelser til nogle af de førende forskere på dette område.

(Du kan også læse mere information om First Solar i investeringsrapporten dedikeret til virksomheden)

Seneste First Solar (FSLR) aktienyheder og udviklinger

Studie refereret

^{1. Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart, and Julia Wiktor. Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential. Journal of the American Chemical Society. 14. august 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05265}