La demande mondiale croissante en énergie pousse les technologies photovoltaïques à leurs limites. Des chercheurs en Suède ont réalisé une avancée importante dans le développement de matériaux solaires innovants, plus performants que ceux utilisés aujourd’hui. Ces matériaux peuvent être produits sous des formes extrêmement fines et flexibles, ce qui les rend idéaux pour une utilisation aussi bien dans de petits appareils, comme les smartphones, que sur les surfaces de grandes constructions.
À l’Université de technologie Chalmers, des scientifiques travaillent sur un type de matériau solaire très prometteur : les pérovskites aux halogénures. Malgré leur potentiel exceptionnel, elles restent difficiles à étudier et à exploiter.
Les chercheurs utilisent des modèles d’intelligence artificielle et d’apprentissage automatique pour étudier plus précisément le comportement des pérovskites. Selon l’Agence internationale de l’énergie, l’électricité représente aujourd’hui 20% de la consommation totale, mais devrait dépasser 50% d’ici 2050. Cela rend indispensable le développement de technologies durables et efficaces, comme les nouvelles cellules solaires. Comme l’explique la chercheuse principale Julia Wiktor, il existe désormais des simulations qui répondent à des questions restées sans réponse jusqu’à récemment, ce qui renforce la possibilité d’optimiser les matériaux en vue d’une application pratique.
Cette catégorie de matériaux peut absorber et émettre la lumière avec un rendement élevé. Elle présente ainsi des avantages pour les applications solaires, mais aussi pour les dispositifs optoélectroniques comme les LED. Toutefois, leur stabilité reste problématique. L’un des matériaux les plus prometteurs est l’iodure de plomb et de formamidinium, qui se dégrade cependant facilement, ce qui limite ses possibilités commerciales.
La solution se trouve peut-être dans le mélange de deux types différents de pérovskites, mais il faut mieux connaître leurs propriétés afin de pouvoir contrôler précisément le matériau obtenu.
L’équipe de Chalmers a réussi à décrire en détail une phase critique du matériau, qui ne pouvait auparavant pas être pleinement interprétée à l’aide des méthodes expérimentales en laboratoire. Cette phase, déterminante pour la fonctionnalité et les performances du matériau, a été mise en évidence grâce à des simulations et publiée dans la revue scientifique Journal of the American Chemical Society.
Sangita Dutta, membre de l’équipe, a déclaré que l’étape cruciale avait consisté à décrypter la phase à basse température, qui était restée floue aux yeux des scientifiques pendant des années.
Modélisation des matériaux par l’intelligence artificielle
L’équipe est spécialisée dans la création de modèles informatiques qui simulent le comportement de matériaux complexes. Cela lui permet d’analyser des scénarios expérimentaux dans des conditions représentatives de la réalité. Toutefois, les pérovskites nécessitent d’immenses ressources informatiques et des simulations précises, en raison de la complexité de leur structure cristalline.
En combinant la simulation classique et l’apprentissage automatique, l’équipe a réussi à augmenter la puissance de calcul et à simuler des matériaux composés de millions d’atomes, contre quelques centaines auparavant. Les analyses se rapprochent ainsi beaucoup plus des conditions réelles d’application. Afin de confirmer la validité de leurs modèles, les scientifiques ont collaboré avec l’Université de Birmingham. Ils ont réalisé des expériences en refroidissant le matériau à –200°C, afin de reproduire précisément les conditions des modèles.
Les scientifiques ont observé que les molécules de formamidinium se retrouvent « piégées » dans un état intermédiaire lorsque la température baisse, ce qui affecte la stabilité du matériau. Cette information est essentielle pour l’exploitation future du matériau et l’optimisation de ses combinaisons avec d’autres éléments.
Le physicien Erik Fransson a déclaré que les connaissances acquises grâce à cette étude contribueraient de manière significative à une meilleure compréhension et au développement de matériaux solaires avancés.
Chez Solar Home, nous utilisons des modèles d’intelligence artificielle pour calculer la production des systèmes ainsi que l’installation optimale des équipements sur votre propriété.
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