AI fremmer tynnfilmssolenergi ved å låse opp perovskittstabilitet

Fra silisium til tynnfilm

I vår artikkel «The Solar Age – A Bright Future To Mankind» forklarte vi hvordan fremveksten av solenergi var i ferd med å starte en revolusjon i vår energiforsyning, i det minste på lang sikt.

Så langt er omtrent 90 % av solpanelene laget med silisiumbasert teknologi, der langt de fleste bruker polysilisiumdesign, som har erstattet de eldre monosilisiumdesignene (monokrystallinsk silisium er mer holdbart, men også mindre kostnadseffektivt).

Kilde: EIA

Et alternativ er perovskitter, også ofte kalt tynnfilmssolceller, som fanger solens energi takket være den unike krystallstrukturen til perovskitt. (En annen form for tynnfilmssolteknologi bruker kadmiumtellurid-tynnfilmceller.)

Begrepet tynnfilm kommer fra det mye tynnere laget av materiale som kreves for å produsere elektrisitet, noe som gir mer fleksible og lettere solceller.

Naturlig forekommende perovskitter er laget av kalsium- og titankoksid (CaTiO3), men andre mineraler kan ha samme krystallstruktur med en kjemisk formel som følger en “ABX3”-regel.

Selv om de har svært høy energiomdannelseseffektivitet, er perovskitter mindre holdbare enn silisiumsolceller, noe som har hindret praktisk bruk og kommersiell adopsjon.

Forskere ved Chalmers University of Technology (Sverige) og University of Birmingham brukte maskinlæring for å avklare den manglende delen av den teoretiske kunnskapen om perovskittkrystallstruktur, og åpnet veien for å gjøre dem mer holdbare, og dermed muligens neste generasjon av kommersiell fotovoltaisk teknologi.

They published their results in the Journal of the American Chemical Society¹, under tittelen “Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential”.

Stabilitet for formamidinium-perovskitt

Forskerne arbeidet med et materiale kalt formamidinium blyjodid (FAPbI3). Det anses som ett av de best presterende materialene i halid-perovskittgruppen på grunn av sine lovende egenskaper for fremtidige solcelleteknologier.

Imidlertid er materialet generelt ikke stabilt nok under sollys for kommersiell bruk, og en del av årsaken er at den lavtemperaturfasen av formamidinium blyjodid fortsatt er dårlig forstått, helt frem til nå.

“Den lavtemperaturfasen av dette materialet har lenge vært et manglende puslespillbrikke i forskningen, og vi har nå løst et grunnleggende spørsmål om strukturen til denne fasen.”

Sangita Dutt – Chalmers University Of Technology

Avansert AI-modellering

Eksperimentelle observasjoner har så langt ikke vært tilstrekkelige for å forstå FAPbI3-krystallstrukturen. Tradisjonelle datasimuleringer, som prøver å beregne og simulere atomenes oppførsel én etter én, krever kraftige superdatamaskiner og lange simuleringstider.

I stedet brukte forskerne sin ekspertise innen maskinlæring for å drastisk forbedre effektiviteten i datasimulering.

“Ved å kombinere våre standardmetoder med maskinlæring, kan vi nå kjøre simuleringer som er tusenvis av ganger lengre enn før.

Og modellene våre kan nå inneholde millioner av atomer i stedet for hundre, noe som bringer dem nærmere den virkelige verden,

Sangita Dutt – Chalmers University Of Technology

Krystallfaseoverganger i FAPbI3

Avhengig av temperatur kan FAPbI3 ta ulike krystallstrukturer: kubisk ved 300 K (27 °C / 80 °F), tetragonal under 285 K (12 °C / 53 °F) og fortsatt ukjent ved 140 K (-133 °C / -207 °F).

Kilde: Journal of the American Chemical Society

De fant at simuleringen deres forutså at materialet kan settes i en semi‑stabil tilstand når det kjøles ned.

De testet det deretter i praksis ved -200 °C / -328 °F, for å bekrefte at simuleringen nøyaktig forutsier oppførselen til perovskittkrystaller, spesielt under denne ennå uprøvde tilstanden.

Modellen fungerte stort sett med nesten perfekt forutsigelse for bevegelsen av karbonatomer, og en tilstrekkelig nøyaktig forutsigelse for nitrogenatomer.

Kilde: Journal of the American Chemical Society

Anvendelser av AI-drevet perovskittforskning

Denne modellen er den første som med god nøyaktighet kan forutsi alle krystallstrukturene til dette perovskittmaterialet. Den er også langt mindre krevende når det gjelder beregningsressurser, noe som gjør den brukbar for nesten ethvert forskningsteam i verden. Så den kan drastisk akselerere fremdriften av denne teknologien.

Krystallstruktur og deres stabilitet er hjørnesteinene for å gjøre perovskitt mer holdbart, og er også avgjørende for å gjøre dem kommersielt levedyktige.

“Vi håper innsiktene vi har fått fra simuleringene kan bidra til hvordan man modellerer og analyserer komplekse halid-perovskittmaterialer i fremtiden,”

Erik Fransson – Chalmers University Of Technology

Tynnfilmssol, som er mer fleksibel, kan brukes i mange flere sammenhenger enn tradisjonelle solpaneler. De er også mye lettere i vekt.

Så hvis perovskitt kan brukes kommersielt, kunne vi begynne å bruke den på overflaten av bygninger, biler, tak, mobiltelefoner osv., og levere rikelig energi uten behov for å avsette land til store solfarmer.

Amidimium ser ut til å være den rette retningen for denne teknologien, med andre rapporter som også indikerer at en beskyttende belegg av amidimium kan radikalt øke levetiden til tynnfilmssolceller. Alumina-nanopartikler kan også øke levetiden til perovskittsolceller 10‑fold.

Sannsynligvis vil en kombinasjon av flere av disse teknologiene dukke opp for å skape en ultra‑holdbar tynnfilm‑perovskittsolcelle.

Sveip for å rulle →

Investering i solinnovasjon

First Solar er den største produsenten av solpaneler i USA og i hele den vestlige halvkule, med produksjonssteder i USA, Malaysia og Vietnam.

Selskapet bruker ikke den klassiske krystallinske silisiumteknologien, men benytter i stedet sin proprietære tynnfilm-fotovoltaikk.

Basert på kadmiumtellurid er de mer effektive, produseres til lavere kostnad, og kan enkelt massaproduseres.

Kilde: Department Of Energy

Kadmium‑tellurid tynnfilmssolpaneler er også mer holdbare, og beholder 89 % av den opprinnelige ytelsen etter 30 år.

Kilde: First Solar

Kadmium og tellurid er biprodukter fra gruvedrift av andre metaller, noe som betyr at First Solar-produkter har minimal påvirkning, ved å bruke ressurser som tidligere hadde liten nytte. Tynnfilmspaneler kan også ha en høy resirkuleringsgrad.

Selskapets fokus på tynnfilm‑semikonduktorteknologi gjør at det er fullt vertikalt integrert, noe som gjør det radikalt forskjellig fra den silisiumbaserte solpanelindustrien.

I stedet for flere fabrikker, med hver aktør spesialisert i ett segment som polysilisiumrensing, og med mange dager for å produsere en solcelle, kan First Solar gå fra råmaterialer til ferdig produkt på under 4 timer.

Kilde: First Solar

First Solars teknologiske fordel, kombinert med sin geografiske beliggenhet, gjør den til sannsynlig mottaker av den økende pressen fra vestlige land om å hente panelene sine fra utenfor Kina.

Selskapet øker produksjonskapasiteten raskt, med mål om å nå en navnekapasitet på 25 GW innen 2026, fra dagens 11 GW.

First Solar har brukt totalt 2 milliarder dollar på FoU siden oppstarten. FoU‑teamene hos First Solar spår en tynnfilm‑CdTe med 25 % celleeffektivitet og veier til 28 % celleeffektivitet innen 2030.

Med tanke på selskapets involvering i forskningen som er diskutert her, er det også tydelig at de er interessert i perovskitt, i hvert fall så snart disse panelene er tilstrekkelig holdbare.

På lang sikt ser First Solar på å integrere sin erfaring med kadmium‑tellurid tynnfilm med perovskitt‑teknologi, noe som gjør de resulterende solpanelene enda mer effektive.

Kilde: First Solar

Alt i alt er First Solar en teknologileder som vil dra nytte av toll på kinesiske importvarer, noe som sannsynligvis vil kompensere for den negative effekten på solindustrien fra Trumps gjenvalg.

Selv om fokuset for tiden hovedsakelig er på tynnfilmssol med kadmiumtellurid, kan deres ekspertise innen ikke‑silisium solpanelproduksjon gi dem et betydelig forsprang med perovskitt, spesielt med tanke på deres dype forbindelser til noen av de fremste forskerne på dette feltet.

(Du kan også lese mer informasjon om First Solar i investeringsrapporten dedikert til selskapet)

Siste nyheter og utviklinger for First Solar (FSLR)-aksjen

Studie referert

^{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}