La digitalización, las tecnologías de vanguardia que consumen mucha energía o el desarrollo de las economías emergentes constituyen la demanda mundial de electricidad en constante crecimiento. Al mismo tiempo, la transición a fuentes de energía “más limpias” se vuelve vital, en un momento en que los métodos convencionales de generación de electricidad siguen siendo dominantes pero van acompañados de una alta huella ambiental. En este panorama, las células fotovoltaicas juegan un papel protagonista, siendo una de las tecnologías de energías limpias más maduras y de mayor desarrollo en el mundo.
Un nuevo estudio de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia proporciona una ventaja adicional en la tecnología fotovoltaica. Como se informa en la publicación específica del «Journal of the American Chemical Society», por primera vez se han logrado avances sustanciales en la comprensión de las propiedades físicas de las perovskitas halogenadas con la ayuda de la Inteligencia Artificial (IA). Aunque desde hace muchos años se consideran materiales «muy prometedores» para su uso en células fotovoltaicas, su uso práctico se ha retrasado, principalmente debido a nuestro limitado conocimiento de su comportamiento fisicoquímico.
Descubrimiento importante sobre la estructura química.
Las llamadas «perovskitas de haluro» (clase de materiales semiconductores) se consideran entre los candidatos más prometedores para la creación de sistemas fotovoltaicos económicos, flexibles y ligeros. Y esto se debe a que tienen la capacidad de absorber y emitir luz de manera extremadamente eficiente.
Sin embargo, a pesar de sus propiedades avanzadas, tienden a descomponerse relativamente rápido y éste es el mayor obstáculo para su disponibilidad generalizada. Según los expertos, la estabilidad se puede mejorar significativamente mezclando diferentes tipos de perovskita, es decir, creando estructuras mixtas. Pero esto no es nada fácil, ya que requiere un control molecular preciso y una comprensión profunda de los cambios estructurales que experimentan los materiales en diferentes condiciones ambientales.
En esta dirección, el equipo de Chalmers investigó uno de los materiales más eficientes pero también «misteriosos» de este grupo: el yoduro de plomo de formamidinio, o simplemente FAPbI.3que a su vez, a pesar de poseer excelentes propiedades optoelectrónicas, se ve limitada por su inestabilidad. Los investigadores pudieron identificar una conformación única de la estructura FAPbI3 a temperaturas muy bajas, difíciles de estudiar sólo con métodos experimentales de laboratorio.
El papel de la Inteligencia Artificial
El equipo aprovechó potentes ordenadores y técnicas de aprendizaje automático para ejecutar simulaciones a gran escala que tendrían en cuenta las interacciones de millones de personas, acercándose así más a las condiciones del mundo real. Gracias a simulaciones avanzadas, los investigadores registraron la estructura cristalina del material a temperaturas extremadamente bajas y descubrieron que las moléculas de formamidinio permanecen atrapadas en una fase transitoria y semiestable durante el enfriamiento. Esta configuración invisible en la que entran las moléculas del material cuando se enfrían parece ser la «pieza faltante» de un rompecabezas que, si se completa por completo, permitirá a los científicos diseñar mezclas de perovskita más estables y eficientes.
La exactitud de los resultados se confirmó experimentalmente en colaboración con investigadores de la Universidad de Birmingham, quienes, después de enfriarlo a -200°C, estudiaron a su vez esta propiedad molecular hasta ahora desconocida. Sin duda, el nuevo estudio no sólo es un paso importante para el uso de perovskitas en la transición energética, sino también un ejemplo importante del excedente de investigación en inteligencia artificial.
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