Duurzaamheid
AI Advances Thin-Film Solar by Unlocking Perovskite Stability
From Silicon To Thin Films
In onze artikel “The Solar Age – A Bright Future To Mankind“, hebben we uitgelegd hoe de opkomst van zonne-energie een revolutie teweegbrengt in onze energiebevoorrading, op zijn minst op lange termijn.
Tot nu toe zijn ongeveer 90% van de zonnepanelen gemaakt met siliconen gebaseerde technologie, waarvan de grote meerderheid polysilicium ontwerpen gebruikt, die de oudere monosilicium ontwerpen (monokristallijn silicium is duurzamer, maar ook minder kostenefficiënt) hebben vervangen.
Source: EIA
Een alternatief zijn perovskieten, ook vaak genoemd dunne-film zonnecellen, die de energie van de zon vastleggen dankzij de unieke kristallijne structuur van perovskiet. (Een andere vorm van dunne-film zonnecel technologie gebruikt cadmium-telluride dunne-film cellen.)
De term dunne film komt van de veel dunne laag materiaal die nodig is om elektriciteit te produceren, waardoor de zonnecellen flexibeler en lichter zijn.
Natuurlijk voorkomende perovskieten bestaan uit calcium en titaniumoxide (CaTiO3), maar andere mineralen kunnen dezelfde kristallijne structuur hebben met een chemische formule die volgt volgens een “ABX3” regel.
Terwijl zeer hoog in hun energiewinst, zijn perovskieten minder duurzaam dan silicium zonnecellen, wat de praktische toepassing en commerciële adoptie heeft gehinderd.
Onderzoekers aan de Chalmers University of Technology (Zweden) en de University of Birmingham gebruikten machine learning om het ontbrekende deel van de theoretische kennis over de perovskietkristalstructuur te verduidelijken, waardoor de weg openligt om ze duurzamer te maken en dus misschien de volgende generatie commerciële fotovoltaïsche technologie.
Ze publiceerden hun resultaten in de Journal of the American Chemical Society1, onder de titel “Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential”.
Formamidinium Perovskite Stability
De onderzoekers werkten met een materiaal genaamd formamidinium loodjodide (FAPbI3). Het wordt beschouwd als een van de best presterende materialen in de halideperovskietgroep voor zijn veelbelovende eigenschappen voor toekomstige zonneceltechnologieën.
Echter, het materiaal is over het algemeen niet stabiel genoeg onder zonlicht voor commerciële toepassing, en een deel van de reden is dat de lage-temperatuurfase van formamidinium loodjodide slecht begrepen wordt, totdat nu.
“De lage-temperatuurfase van dit materiaal is lange tijd een ontbrekend stuk van de onderzoekslegpuzzel en we hebben nu een fundamentele vraag over de structuur van deze fase beantwoord.”
Advanced AI Modeling
Experimentele observaties waren tot nu toe niet genoeg om de FAPbI3-kristalstructuur te begrijpen. Traditionele computersimulaties, die proberen het gedrag van de atomen een voor een te berekenen en te simuleren, vereisen krachtige supercomputers en lange simuleringsuren.
In plaats daarvan gebruikten de onderzoekers hun expertise in machine learning om de efficiëntie van computersimulaties drastisch te verbeteren.
“Door onze standaardmethoden te combineren met machine learning, kunnen we nu simulaties uitvoeren die duizenden keren langer zijn dan voorheen.
En onze modellen kunnen nu miljoenen atomen bevatten in plaats van honderden, wat ze dichter bij de werkelijke wereld brengt,”
Crystal Phase Transitions in FAPbI3
Afhankelijk van de temperatuur, kan FAPbI3 verschillende kristalstructuren aannemen: kubisch bij 300°K (27°C / 80°F), tetragonaal onder 285°K (12°C / 53°F) en nog onbekend bij 140°K (-133°C / -207°F)
Ze ontdekten dat hun simulatie voorspelde dat het materiaal in een semi-stabiele toestand kan worden gebracht wanneer het wordt afgekoeld.
Ze testten het in het echte leven bij -200 °C / -328°F, om te bevestigen dat de simulatie de gedraging van perovskietkristallen nauwkeurig voorspelt, vooral in deze nog onbewezen toestand.
Het model werkte grotendeels met een bijna perfecte voorspelling voor de beweging van koolstofatomen en een nauwkeurige genoeg voorspelling voor stikstofatomen.
Applications of AI-Powered Perovskite Research
Dit model is het eerste dat alle kristalstructuren van dit perovskietmateriaal met goede nauwkeurigheid voorspelt. Het is ook veel minder intensief in termen van compute-eisen, waardoor het door bijna elk onderzoeksteam in de wereld kan worden gebruikt. Dus het kan de vooruitgang van deze technologie drastisch versnellen.
Kristalstructuur en hun stabiliteit zijn de sleutels om perovskieten duurzamer te maken en dus ook commercieel levensvatbaar.
“We hopen dat de inzichten die we uit de simulaties hebben verkregen, kunnen bijdragen aan hoe we complexe halideperovskietmaterialen in de toekomst kunnen modelleren en analyseren,”
Dunne-film zonne-energie, die flexibeler is, kan in veel meer contexten worden ingezet dan traditionele zonnepanelen. Ze zijn ook veel lichter in gewicht.
Dus als perovskieten commercieel kunnen worden gebruikt, kunnen we ze beginnen gebruiken op het oppervlak van gebouwen, auto’s, daken, mobiele telefoons, enz., waardoor overvloedige energie beschikbaar komt zonder dat er land nodig is voor grote zonneparken.
Amidinium lijkt de juiste richting voor deze technologie, met andere rapporten die ook aangeven dat een beschermende laag van amidinium de levensduur van dunne-film zonnecellen radicaal kan verlengen. Alumina-nanodeeltjes kunnen ook de levensduur van perovskiet zonnecellen met 10 keer verlengen.
Waarschijnlijk zal een combinatie van verschillende van deze technologieën ontstaan om een ultra-duurzame dunne-film perovskiet zonnecel te creëren.
Swipe to scroll →
| Technology | Material | Efficiency Potential | Durability | Commercial Readiness |
|---|---|---|---|---|
| Silicon (mono/poly) | Kristallijn silicium | 22–26% | Zeer hoog (25–30 jaar) | Volledig commercieel |
| Cadmium Telluride | CdTe dunne-film | 23–25% | Hoog (30 jaar, 89% behoud) | Commercieel (First Solar) |
| Perovskite (FAPbI3, amidinium) | Halideperovskieten | >30% (lab-schaal tandem) | Momenteel laag (degradeert onder zonlicht) | Pre-commercieel, onderzoeksstadium |
Investing in Solar Innovation
First Solar, Inc.
(FSLR )
First Solar is de grootste zonnepaneelfabrikant in de VS en in de hele westerse hemisfeer, met productiefaciliteiten in de VS, Maleisië en Vietnam.
Het bedrijf gebruikt niet de klassieke kristallijne siliciumtechnologie en gebruikt in plaats daarvan zijn eigen propriëtaire dunne-film fotovoltaïsche technologie.
Gebaseerd op cadmium-telluride, zijn ze efficiënter, worden ze gegenereerd tegen een lagere kostprijs en kunnen ze gemakkelijk in massa worden geproduceerd.
Source: Department Of Energy
Cadmium-telluride dunne-film zonnepanelen zijn ook duurzamer, met 89% van de oorspronkelijke prestatie na 30 jaar.
Source: First Solar
Cadmium en telluride zijn bijproducten van de winning van andere metalen, wat betekent dat First Solar-producten een minimale impact hebben, met behulp van bronnen die voorheen weinig nut hadden. Dunne-film panelen kunnen ook een hoge recyclingsgraad hebben.
Het bedrijf is volledig geïntegreerd, van grondstof tot eindproduct, in minder dan 4 uur.
Source: First Solar
First Solar heeft een technologische voorsprong, gecombineerd met zijn geografische locatie, waardoor het de waarschijnlijke begunstigde is van de groeiende druk om zonnepanelen uit China te halen.
Het bedrijf vergroot zijn productiecapaciteit snel, met als doel een naamplaatcapaciteit van 25 GW te bereiken tegen 2026, van de huidige 11 GW.
First Solar heeft cumulatief $2 miljard uitgegeven aan R&D sinds zijn oprichting. R&D-teams bij First Solar voorspellen een dunne-film CdTe van 25% cel-efficiëntie en paden naar 28% cel-efficiëntie tegen 2030.
Gezien zijn betrokkenheid bij het hier besproken onderzoek, is het bedrijf duidelijk geïnteresseerd in perovskiet, op het moment dat deze panelen duurzaam genoeg zijn.
Op lange termijn kijkt First Solar ernaar uit om zijn ervaring met cadmium-telluride dunne-film te integreren met perovskiettechnologie, waardoor de resulterende zonnepanelen nog efficiënter worden.
Source: First Solar
Al met al is First Solar een technologie-leider die kan profiteren van tarieven op Chinese import, iets dat waarschijnlijk het negatieve effect op de zonne-energie-industrie van Trumps herverkiezing kan compenseren.
Hoewel het bedrijf zich nu voornamelijk richt op dunne-film zonne-energie met cadmium-telluride, kan zijn expertise in niet-silicium zonnepaneelproductie het een significante voorsprong geven bij perovskiet, vooral gezien zijn diepe banden met enkele van de toponderzoekers op dit gebied.
(U kunt ook meer informatie over First Solar lezen in het investeringsrapport dat aan het bedrijf is gewijd)
Laatste First Solar (FSLR) aandelen nieuws en ontwikkelingen
Bestudeerd
1. Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart, en Julia Wiktor. Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential. Journal of the American Chemical Society. 14 augustus 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05265
