資料探勘助攻太陽能選材,美科學家找到 13 種潛力材料

發佈日期: 2019 年 05 月 27 日 9:00 | 作者: | 分類: 產業資訊

鈣鈦礦太陽能具有高轉換效率、易製造優點,近年來深受科學家愛戴,只不過美中不足的是,它同時也有著穩定性低、含鉛的缺點,科學家還得繼續尋找合適的太陽能材料,對此,加州大學聖地牙哥分校(UCSD)利用資料探勘比對鈣鈦礦特性,成功找到 13 種新型太陽能潛力材料。

鈣鈦礦太陽能電池是由有機金屬鹵化物半導體構成,這些同時具有無機與有機的晶體結構變化性豐富,可以用不同的材料與比例來調整鈣鈦礦的特性,目前最典型的鈣鈦礦化合物則為(CH3NH3)PbI3,主要含有甲基銨、鉛、碘離子,轉換效率已在數年間上升至 24%。

與此同時,科學家也注意到鉛固有的不穩定性與毒性,這讓鉛基鈣鈦礦的商業可行性大打折扣,使得科學家陷入要「解決含鉛問題」還是「尋找新材料」的兩難,科學家難放棄鈣鈦礦太陽能的高轉換效率、能用溶液製程製備優點,但又無法突破穩定性低的缺點。

對此 UCSD 提出另一種折衷方案,他們透過資料探勘與資料篩選技術,分析化學成分跟鹵化物鈣鈦礦相似的化合物,想根據鈣鈦礦優點找出新型潛力材料。

由奈米工程教授 Kesong Yang 帶領的團隊深入研究 AFLOW 和 The Materials Project 兩大量子材料資料庫,選出 24 個原型結構來生成有機無機混合結構的模板後,之後再運用高通量量子力學運算,建立出含有 4,507 個假設混合鹵化物的量子材料庫。

圖為具有 tI14 皮爾遜符號(Pearson symbol)的後選材料 (MA)2GeI4

最終 Yang 團隊選定 13 種太陽能電池候選材料與 23 種 LED 潛力材料。Yang 表示,研究結果得來不易,團隊花了好幾年的時間才開發出完整的軟體框架(software framework),這些軟體框架不僅具備生成混合鹵化物材料的功能,還有資料探勘、資料篩選等演算法功能,除此之外,軟體框架還要跟高通量運算軟體無縫交融,又得再花費時間和精力。

目前 UCSD 團隊已經開發出頗具規模的結構與化學空間(Chemical space),讓人們可以透過全新的化學資料庫來尋找鹵化物半導體材料。展望未來,Yang 也正用高通量運算尋找其他晶體結構的太陽能與 LED 材料,並努力開發另一種資料探勘模型,這樣一來也可以尋找具有能量轉換、光電子和自旋電子特性的材料。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:UCSD )

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