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太陽(yáng)能是未來(lái)重要的能源之一，但制造更高效的太陽(yáng)能電池需要尋找新的、更好的材料。最近，大阪大學(xué)的研究人員在《JACS Au》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，提出了一種解決方案，能夠自動(dòng)化關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)和分析過(guò)程，從而大大加快太陽(yáng)能材料的研究速度。
傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池使用硅和鎵等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體制成，但下一代太陽(yáng)能電池需要在成本、重量和安全性方面取得突破。此外，現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池往往含有有毒的鉛，因此需要尋找毒性更低的替代材料。然而，目前研究新材料的過(guò)程都是手工完成的，昂貴且耗時(shí)。
為了解決這一問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的機(jī)器人測(cè)量系統(tǒng)，能夠執(zhí)行光吸收光譜、光學(xué)顯微鏡和時(shí)間分辨微波電導(dǎo)率分析。這個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵特點(diǎn)是它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以高效地執(zhí)行多種實(shí)驗(yàn)和分析過(guò)程，研究人員在這個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的幫助下，評(píng)估了共計(jì)576種不同的薄膜半導(dǎo)體樣品。
主要作者Chisato Nishikawa指出：“當(dāng)前的太陽(yáng)能電池主要由硅和鎵等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體構(gòu)成，但下一代太陽(yáng)能電池需要在成本、重量和毒性方面有所突破。雖然鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率足以與硅太陽(yáng)能電池相媲美，但它們含有有毒的鉛。”
這項(xiàng)研究中，研究人員研究了由四種元素 Cs、Bi、Sb 和 I 組成的溶液處理無(wú)鉛太陽(yáng)能電池，這些材料具有廣泛的成分和工藝參數(shù)范圍。為了深入了解這些材料的性質(zhì)，并使實(shí)驗(yàn)全過(guò)程自動(dòng)化，研究人員使用了AI相關(guān)技術(shù)，特別是機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，用作分析實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
資深作者 Akinori Saeki 表示：“近年來(lái)，機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)于更好地理解材料的特性非常有幫助。這些研究需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合是一個(gè)理想的解決方案。”
研究人員希望未來(lái)能實(shí)現(xiàn)更多實(shí)驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)化，從而更容易探索全新的材料，正如 Chisato Nishikawa 指出的那樣：“這種方法非常適合探索沒(méi)有現(xiàn)有數(shù)據(jù)的領(lǐng)域。”
到目前為止，研究團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)取得了他們預(yù)期中的的成果，測(cè)量過(guò)程完全自動(dòng)化且高度準(zhǔn)確，可以在通常所需時(shí)間的六分之一內(nèi)完成工作。這個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)使尋找高效無(wú)毒太陽(yáng)能材料的任務(wù)變得更加容易，為太陽(yáng)能的未來(lái)提供了更多希望，機(jī)器人和人工智能的協(xié)同作用可能讓太陽(yáng)能離我們更近一步。
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