L’IA révèle les secrets de l’efficacité des cellules solaires en pérovskite

L’avenir de l’énergie solaire pourrait bien résider dans une technologie de cellules solaires en pérovskite. Grâce à l’intelligence artificielle, des chercheurs ont réussi à déchiffrer les facteurs clés qui influencent la qualité de ces cellules, ouvrant la voie à une production à grande échelle plus efficace.

Les cellules solaires en pérovskite, combinées à une cellule solaire conventionnelle, par exemple à base de silicium, sont considérées comme une technologie de prochaine génération. Elles affichent une efficacité de plus de 33%, bien supérieure à celle des cellules solaires en silicium conventionnelles. De plus, elles utilisent des matières premières peu coûteuses et sont facilement fabriquées.

Le professeur Ulrich W. Paetzold, qui mène des recherches à l’Institut de Technologie des Microstructures et à l’Institut de Technologie de la Lumière du KIT, explique que l’un des plus grands défis est de produire une couche de pérovskite de haute qualité, extrêmement mince, sans défauts ni trous, en utilisant des méthodes peu coûteuses et évolutives.

L’IA révèle les signes cachés d’un revêtement efficace

Une équipe interdisciplinaire composée d’experts en cellules solaires en pérovskite du KIT et de spécialistes en apprentissage automatique et en intelligence artificielle explicable (XAI) de Helmholtz Imaging et Helmholtz AI au DKFZ à Heidelberg a développé des méthodes d’IA qui forment et analysent des réseaux neuronaux à l’aide d’un vaste ensemble de données.

Cet ensemble de données comprend des enregistrements vidéo montrant la photoluminescence des fines couches de pérovskite pendant le processus de fabrication. Lukas Klein et Sebastian Ziegler de Helmholtz Imaging au DKFZ expliquent que l’idée était de former un système d’IA pour l’apprentissage automatique (Deep Learning) afin de détecter les signes cachés d’un bon ou mauvais revêtement à partir des millions de données sur les vidéos.

Un plan pour la recherche future

Les chercheurs ont découvert expérimentalement que la photoluminescence varie pendant la production et que ce phénomène a une influence sur la qualité du revêtement. Klein et Ziegler soulignent que l’utilisation ciblée des méthodes de XAI a été la clé pour voir quels facteurs doivent être modifiés pour obtenir une cellule solaire de haute qualité.

Après avoir formé les réseaux neuronaux en conséquence, l’IA a pu prédire si chaque cellule solaire atteindrait un niveau d’efficacité faible ou élevé en fonction de la variation de l’émission de lumière qui se produisait à quel point du processus de fabrication.

En synthèse

Les résultats obtenus grâce à l’utilisation combinée de l’IA sont extrêmement prometteurs. Ils fournissent des indications solides sur les paramètres à modifier en premier lieu pour améliorer la production. Désormais, les expériences peuvent être menées de manière plus ciblée, sans avoir à chercher à l’aveuglette l’aiguille dans la botte de foin. C’est un modèle pour la recherche future qui s’applique également à de nombreux autres aspects de la recherche sur l’énergie et les matériaux.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’une cellule solaire en pérovskite ?

Une cellule solaire en pérovskite est une forme de cellule solaire qui combine une cellule solaire en pérovskite avec une cellule solaire conventionnelle, comme celle à base de silicium.

Quelle est l’efficacité des cellules solaires en pérovskite ?

Les cellules solaires en pérovskite affichent une efficacité de plus de 33%, ce qui est bien supérieur à celle des cellules solaires en silicium conventionnelles.

Quels sont les défis de la fabrication de cellules solaires en pérovskite ?

Le principal défi est de produire une couche de pérovskite de haute qualité, extrêmement mince, sans défauts ni trous, en utilisant des méthodes peu coûteuses et évolutives.

Comment l’IA a-t-elle aidé à améliorer la fabrication de cellules solaires en pérovskite ?

L’IA a été utilisée pour former et analyser des réseaux neuronaux afin de détecter les signes cachés d’un bon ou mauvais revêtement à partir des millions de données sur les vidéos du processus de fabrication.

Quels sont les avantages de l’utilisation de l’IA dans ce type de recherche ?

L’IA a permis de prédire si chaque cellule solaire atteindrait un niveau d’efficacité faible ou élevé en fonction de la variation de l’émission de lumière qui se produisait à quel point du processus de fabrication. Cela a permis aux chercheurs de mener leurs expériences de manière plus ciblée.

Principaux enseignements

Références

Lukas Klein, Sebastian Ziegler, Felix Laufer, Charlotte Debus, Markus Götz, Klaus Maier-Hein, Ulrich W. Paetzold, Fabian Isensee, Paul F. Jäger: Discovering Process Dynamics for Scalable Perovskite Solar Cell Manufacturing with Explainable AI. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202307160 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307160

Légende illustration principale : Assistés par des méthodes d’IA, les chercheurs s’efforcent d’améliorer les processus de fabrication de cellules solaires à pérovskite hautement efficaces. Crédit : Amadeus Bramsiepe, KIT.