Como os robôs podem ajudar a encontrar a energia solar do futuro

A energia solar é uma das formas mais promissoras de abastecer o mundo do futuro. No entanto, a criação de células solares mais eficientes requer a descoberta de materiais novos e melhores.

Agora, em um estudo publicado em JACS Aupesquisadores da Universidade de Osaka revelaram uma solução: um sistema que automatiza processos experimentais e analíticos importantes para acelerar consideravelmente a pesquisa em materiais solares.

As células solares são mais do que apenas silício, e outros materiais potenciais podem ser ainda mais eficazes. Para serem usados ​​em larga escala, porém, esses materiais precisam atender a alguns requisitos importantes: devem ser altamente eficientes, feitos de elementos químicos comuns e ter baixa toxicidade.

Até agora, poucos candidatos têm potencial para marcar todas essas três caixas. Além disso, os estudos de novos materiais são atualmente feitos à mão e são caros e demorados.

Para acelerar a descoberta desses materiais, os pesquisadores criaram um sistema de medição robótico exclusivo que é capaz de realizar espectroscopia de fotoabsorção, microscopia óptica e análises de condutividade de micro-ondas resolvidas no tempo. Eles então usaram o robô para avaliar 576 amostras diferentes de semicondutores de película fina.

“As células solares atuais são feitas de semicondutores inorgânicos contendo silício e gálio, mas as células solares da próxima geração precisam reduzir custos e peso”, explica o autor principal Chisato Nishikawa. “A segurança também é uma preocupação; as células solares de perovskita são eficientes o suficiente para rivalizar com as células solares de silício, mas contêm chumbo tóxico.”

As amostras testadas neste estudo foram todas feitas de uma mistura variada de césio, bismuto, estanho e iodo. Eles também foram recozidos em diferentes temperaturas e tratados com diferentes aditivos de sal orgânico. Para caracterizar minuciosamente as propriedades do material, bem como automatizar o processo experimental, os pesquisadores também examinaram os dados usando inteligência artificial – especificamente, aprendizado de máquina.

“Nos últimos anos, o aprendizado de máquina tem sido muito útil para compreender melhor as propriedades dos materiais. Esses estudos requerem grandes quantidades de dados experimentais, e combinar experimentos automatizados com técnicas de aprendizado de máquina é uma solução ideal”, diz o autor sênior Akinori Saeki.

Os autores esperam automatizar ainda mais o processo no futuro, tornando mais fácil o exame de materiais completamente novos. Como observa Nishikawa, “Este método é ideal para explorar áreas onde não existem dados”.

A equipe de pesquisa obteve resultados promissores com seu sistema robótico até agora. O processo de medição é totalmente automatizado e altamente preciso, permitindo que o trabalho seja concluído em um sexto do tempo normalmente necessário.

O sistema automatizado facilita consideravelmente a tarefa de encontrar materiais solares eficientes e não tóxicos. Com a ajuda de robôs e IA, o futuro da energia solar pode estar mais próximo do que imaginamos.