Βιωσιμότητα
Η Τεχνητή Νοημοσύνη Προωθεί τις Λεπτές Φιλμ Ηλιακές Κυψέλες Αποδεσμεύοντας τη Σταθερότητα των Περβόκτιων
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Από το Πυρίτιο στις Λεπτές Φιλμ
Στο άρθρο μας “Η Ηλιακή Εποχή – Ένα Λαμπρό Μέλλον για την Ανθρωπότητα”, εξηγήσαμε πώς η άνοδος της ηλιακής ενέργειας φέρνει μια επανάσταση στην προμήθεια ενέργειας, τουλάχιστον μακροπρόθεσμα.
Μέχρι σήμερα, περίπου το 90 % των ηλιακών πάνελ κατασκευάζεται με τεχνολογία βασισμένη στο πυρίτιο, με τη μεγάλη πλειονότητα να χρησιμοποιεί σχεδιασμούς πολυπυριτίου, οι οποίοι έχουν αντικαταστήσει τα παλαιότερα μονοπυριτίου σχέδια (το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο είναι πιο ανθεκτικό, αλλά και λιγότερο οικονομικό).
Πηγή: EIA
Μια εναλλακτική λύση είναι τα περβόκτιδα, επίσης συχνά αποκαλούμενα ηλιακά κύτταρα λεπτής φιλμ, που συλλαμβάνουν την ενέργεια του Ήλιου χάρη στη μοναδική κρυσταλλική δομή του περβόκτιδα. (Μια άλλη μορφή τεχνολογίας λεπτής φιλμ χρησιμοποιεί κύτταρα λεπτής φιλμ από καδμίου τελλουρίδιο.)
Ο όρος λεπτής φιλμ προέρχεται από το πολύ πιο λεπτό στρώμα υλικού που απαιτείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθιστώντας τα ηλιακά κύτταρα πιο ευέλικτα και ελαφρύτερα.
Τα φυσικά περβόκτιδα αποτελούνται από οξείδιο ασβεστίου και τιτανίου (CaTiO3), αλλά άλλα μεταλλεύματα μπορούν να έχουν την ίδια κρυσταλλική δομή με χημικό τύπο που ακολουθεί τον κανόνα «ABX3».
Παρόλο που έχουν πολύ υψηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας, τα περβόκτιδα είναι λιγότερο ανθεκτικά από τα πυριτιούχα ηλιακά κύτταρα, κάτι που έχει εμποδίσει τη πρακτική χρήση και την εμπορική τους υιοθέτηση.
Ερευνητές του Πανεπιστημίου Τεχνολογίας Chalmers (Σουηδία) και του Πανεπιστημίου Birmingham χρησιμοποίησαν μηχανική μάθηση για να διευκρινίσουν το ελλιπές κομμάτι της θεωρητικής γνώσης σχετικά με τη κρυσταλλική δομή των περβόκτιδων, ανοίγοντας το δρόμο για πιο ανθεκτικά υλικά και, ενδεχομένως, την επόμενη γενιά εμπορικής φωτοβολταϊκής τεχνολογίας.
They published their results in the Journal of the American Chemical Society1, under the title “Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential”.
Σταθερότητα του Φορμαδιούμ Περβόκτιδας
Οι ερευνητές εργάστηκαν με ένα υλικό που ονομάζεται φορμαδίου οξείδιο μολύβδου (FAPbI3). Θεωρείται ένα από τα καλύτερα υλικά στην ομάδα των αλιδικών περβόκτιδων για τις υποσχόμενες ιδιότητές του σε μελλοντικές τεχνολογίες ηλιακών κυττάρων.
Ωστόσο, το υλικό γενικά δεν είναι αρκετά σταθερό υπό το φως του ήλιου για εμπορική εφαρμογή, και ένα μέρος του λόγου είναι ότι η φάση χαμηλής θερμοκρασίας του φορμαδίου οξείδους μολύβδου παραμένει κακώς κατανοητή, μέχρι τώρα.
“Η φάση χαμηλής θερμοκρασίας αυτού του υλικού ήταν εδώ και καιρό ένα ελλιπές κομμάτι του παζλ της έρευνας και τώρα έχουμε επιλύσει ένα θεμελιώδες ερώτημα σχετικά με τη δομή αυτής της φάσης.”
Προηγμένη Μοντελοποίηση AI
Οι πειραματικές παρατηρήσεις μέχρι τώρα δεν ήταν αρκετές για την κατανόηση της κρυσταλλικής δομής του FAPbI3. Οι παραδοσιακές υπολογιστικές προσομοιώσεις, που προσπαθούν να υπολογίσουν και να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά των ατόμων ένα-ένα, απαιτούν ισχυρούς υπερυπολογιστές και μεγάλους χρόνους προσομοίωσης.
Αντίθετα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την εξειδίκευσή τους στη μηχανική μάθηση για να βελτιώσουν δραστικά την αποδοτικότητα της υπολογιστικής προσομοίωσης.
“Συνδυάζοντας τις τυπικές μας μεθόδους με τη μηχανική μάθηση, μπορούμε τώρα να τρέχουμε προσομοιώσεις που είναι χιλιάδες φορές πιο μακρές από πριν.
Και τα μοντέλα μας μπορούν τώρα να περιέχουν εκατομμύρια άτομα αντί για εκατοντάδες, φέρνοντάς τα πιο κοντά στην πραγματικότητα,”
Μεταβάσεις Φάσεων Κρυστάλλου στο FAPbI3
Ανάλογα με τη θερμοκρασία, το FAPbI3 μπορεί να έχει διαφορετική κρυσταλλική δομή: κυβική στους 300 K (27 °C / 80 °F), τετραγωνική κάτω από 285 K (12 °C / 53 °F) και ακόμη άγνωστη στους 140 K (-133 °C / -207 °F).
Βρήκαν ότι η προσομοίωση τους πρόβλεψε ότι το υλικό μπορεί να τοποθετηθεί σε ημισταθερή κατάσταση όταν ψύχεται.
Στη συνέχεια το έλεγξαν στην πραγματική ζωή στους -200 °C / -328 °F, για να επιβεβαιώσουν ότι η προσομοίωση προβλέπει με ακρίβεια τη συμπεριφορά των κρυστάλλων περβόκτιδας, ειδικά σε αυτή τη ακόμη αδοκίμαστη κατάσταση.
Το μοντέλο λειτουργούσε κυρίως με σχεδόν τέλεια πρόβλεψη για την κίνηση των ατόμων του άνθρακα και με αρκετά ακριβή πρόβλεψη για τα άτομα του αζώτου.
Εφαρμογές της Έρευνας Περβόκτιδας με Υποστήριξη AI
Αυτό το μοντέλο είναι το πρώτο που προβλέπει με καλή ακρίβεια όλες τις κρυσταλλικές δομές αυτού του υλικού περβόκτιδας. Είναι επίσης πολύ λιγότερο απαιτητικό ως προς τους υπολογιστικούς πόρους, καθιστώντας το χρησιμοποιήσιμο από σχεδόν οποιαδήποτε ερευνητική ομάδα στον κόσμο. Έτσι μπορεί να επιταχύνει δραστικά την πρόοδο αυτής της τεχνολογίας.
Η κρυσταλλική δομή και η σταθερότητά τους είναι τα θεμέλια για να γίνει το περβόκτιδα πιο ανθεκτικό, και επίσης είναι κλειδί για την εμπορική του βιωσιμότητα.
“Ελπίζουμε ότι οι γνώσεις που αποκτήσαμε από τις προσομοιώσεις μπορούν να συμβάλουν στο πώς θα μοντελοποιούμε και θα αναλύουμε σύνθετα αλιδικά περβόκτιδα υλικά στο μέλλον,”
Erik Fransson – Chalmers University Of Technology
Τα ηλιακά λεπτής φιλμ, επειδή είναι πιο ευέλικτα, μπορούν να τοποθετηθούν σε πολλαπλότερα περιβάλλοντα από τα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ. Είναι επίσης πολύ ελαφρύτερα.
Έτσι, αν το περβόκτιδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί εμπορικά, θα μπορούσαμε να το χρησιμοποιήσουμε στην επιφάνεια κτιρίων, αυτοκινήτων, στέγων, κινητών τηλεφώνων κ.λπ., παρέχοντας άφθονη ενέργεια χωρίς την ανάγκη αφιέρωσης γης σε μεγάλες ηλιακές φάρμες.
Το αμιδίνιο φαίνεται η σωστή κατεύθυνση για αυτήν την τεχνολογία, με άλλες αναφορές που επίσης υποδεικνύουν ότι μια προστατευτική επίστρωση αμιδίνιου μπορεί να αυξήσει ριζικά τη διάρκεια ζωής των ηλιακών κυττάρων λεπτής φιλμ. Τα νανοσωματίδια αλουμινίου θα μπορούσαν επίσης να ενισχύσουν τη διάρκεια ζωής των ηλιακών κυττάρων περβόκτιδας κατά 10 φορές.
Πιθανότατα, ένας συνδυασμός αρκετών από αυτές τις τεχνολογίες θα εμφανιστεί για να δημιουργήσει ένα υπερ-ανθεκτικό ηλιακό κύτταρο περβόκτιδας λεπτής φιλμ.
Σύρετε για κύλιση →
| Τεχνολογία | Υλικό | Δυνατότητα Απόδοσης | Ανθεκτικότητα | Εμπορική Ετοιμότητα |
|---|---|---|---|---|
| Πυρίτιο (μονο/πολύ) | Κρυσταλλικό πυρίτιο | 22–26% | Πολύ υψηλή (25–30 χρόνια) | Πλήρως εμπορική |
| Καδμίου Τελλουρίδιο | Λεπτή φιλμ CdTe | 23–25% | Υψηλή (30 χρόνια, 89% διατήρηση) | Εμπορική (First Solar ) |
| Περβόκτιδα (FAPbI3, αμιδίνιο) | Αλιδικά περβόκτιδα | >30% (επίπεδο εργαστηρίου tandem) | Προς το παρόν χαμηλή (φθείρεται υπό το φως του ήλιου) | Προ-εμπορική, στάδιο έρευνας |
Επένδυση στην Ηλιακή Καινοτομία
FSLR Διάγραμμα τιμής
Η First Solar είναι ο μεγαλύτερος κατασκευαστής ηλιακών πάνελ στις ΗΠΑ και σε ολόκληρη τη Δυτική ημισφαίριο, με εργοστάσια παραγωγής στις ΗΠΑ, τη Μαλαισία και το Βιετνάμ.
Η εταιρεία δεν χρησιμοποιεί την κλασική τεχνολογία κρυσταλλικού πυριτίου, αλλά αντίθετα χρησιμοποιεί τις ιδιόκτητες λεπτής φιλμ φωτοβολταϊκές της τεχνολογίες.
Βασισμένα στο καδμίου-τελλουρίδιο, είναι πιο αποδοτικά, παράγονται σε χαμηλότερο κόστος και μπορούν εύκολα να παραχθούν μαζικά.
Πηγή: Department Of Energy
Τα ηλιακά πάνελ λεπτής φιλμ από καδμίου-τελλουρίδιο είναι επίσης πιο ανθεκτικά, διατηρώντας το 89 % της αρχικής απόδοσης μετά από 30 χρόνια.
Πηγή: First Solar
Το καδμίου και το τελλουρίδιο είναι παραπροϊόντα της εξόρυξης άλλων μετάλλων, πράγμα που σημαίνει ότι τα προϊόντα της First Solar έχουν ελάχιστο αντίκτυπο, χρησιμοποιώντας πόρους που προηγουμένως είχαν μικρή χρησιμότητα. Τα πάνελ λεπτής φιλμ μπορούν επίσης να έχουν υψηλό ποσοστό ανακύκλωσης.
Η εστίαση της εταιρείας στην τεχνολογία ημιαγωγών λεπτής φιλμ της επιτρέπει να είναι πλήρως κάθετα ενσωματωμένη, καθιστώντας την ριζικά διαφορετική από τη βιομηχανία ηλιακών πάνελ βασισμένη στο πυρίτιο.
Αντί για πολλαπλά εργοστάσια, με κάθε φορέα εξειδικευμένο σε ένα τμήμα όπως η εξαγωγή πολυπυριτίου, και με πολλές ημέρες για την παραγωγή ενός ηλιακού κυττάρου, η First Solar μπορεί να περάσει από τις πρώτες ύλες στο τελικό προϊόν σε λιγότερο από 4 ώρες.
Πηγή: First Solar
Το τεχνολογικό πλεονέκτημα της First Solar, σε συνδυασμό με τη γεωγραφική της θέση, την καθιστά πιθανό ωφελούμενο της αυξανόμενης ώθησης των δυτικών χωρών να προμηθεύονται τα πάνελ τους εκτός Κίνας.
Η εταιρεία αυξάνει γρήγορα τη δυναμικότητα παραγωγής της, στοχεύοντας να φτάσει σε ονομαστική ισχύ 25 GW μέχρι το 2026, από τα τρέχοντα 11 GW.
Η First Solar έχει δαπανήσει συνολικά 2 δισεκατομμύρια δολάρια σε Ε&Α από την ίδρυσή της. Οι ομάδες Ε&Α της First Solar προβλέπουν μια λεπτής φιλμ CdTe απόδοση κυττάρου 25 % και διαδρομές προς απόδοση 28 % έως το 2030.
Λαμβάνοντας υπόψη τη συμμετοχή της στην έρευνα που συζητήθηκε εδώ, η εταιρεία φαίνεται επίσης σαφώς ενδιαφερόμενη για το περβόκτιδα, τουλάχιστον όταν αυτά τα πάνελ γίνουν αρκετά ανθεκτικά.
Μακροπρόθεσμα, η First Solar επιδιώκει να ενσωματώσει την εμπειρία της με τη λεπτής φιλμ καδμίου-τελλουρίδιο στην τεχνολογία περβόκτιδας, κάνοντας τα προκύπτοντα ηλιακά πάνελ ακόμη πιο αποδοτικά.
Πηγή: First Solar
Συνολικά, η First Solar είναι ηγέτης τεχνολογίας που μπορεί να ωφεληθεί από τους δασμούς στις κινεζικές εισαγωγές, κάτι που πιθανότατα θα αντισταθμίσει το αρνητικό αποτέλεσμα στην ηλιακή βιομηχανία από την επανεκλογή του Trump.
Αν και επικεντρώνεται κυρίως στην λεπτής φιλμ ηλιακή ενέργεια με καδμίου-τελλουρίδιο προς το παρόν, η εξειδίκευσή της στην κατασκευή ηλιακών πάνελ μη-πυριτίου θα μπορούσε να της δώσει σημαντικό προβάδισμα με το περβόκτιδα, ειδικά λαμβάνοντας υπόψη τις στενές σχέσεις της με μερικούς από τους κορυφαίους ερευνητές σε αυτόν τον τομέα.
(Μπορείτε επίσης να διαβάσετε περισσότερες πληροφορίες για τη First Solar στην επενδυτική αναφορά αφιερωμένη στην εταιρεία)
Τελευταία Νέα και Εξελίξεις για τις Μετοχές της First Solar (FSLR)
Μελετη Αναφορά
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 Αυγούστου 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05265
