La sperimentazione di materiali semiconduttori nano-cristallini per il fotovoltaico con l’aiuto dell’intelligenza artificiale
NUOVI MATERIALI PER IL FOTOVOLTAICO
Nell’ambito del progetto di Mission Innovation dedicato ai materiali per la transizione energetica, l’IIT è impegnato principalmente nell’esplorazione di materiali semiconduttori nano-cristallini per il fotovoltaico. Parliamo di materiali strutturati in piccolissimi cristalli, della grandezza di 3-20 nanometri, che possono essere utilizzati, tra le altre cose, per aumentare l’efficienza del silicio. “Ci sono diversi ostacoli da superare – spiega Ivan Infante, ricercatore IIT – Dobbiamo sviluppare dei materiali che riescano a intercettare al meglio lo spettro di emissioni della luce solare, che è vicina all’infrarosso. Il che è molto complicato. Da un lato perché ci sono molte combinazioni possibili di elementi. Dall’altro, perché i materiali nano-cristallini hanno attività elettronica nella regione del visibile, quindi non nell’infrarosso. In più, non sono materiali stabili”.
Tra le soluzioni più promettenti ci sono gli alogenuri di perovskiti o, in alternativa, alcuni materiali definiti III-V, perché combinano elementi dei rispettivi gruppi della tavola periodica. “Ci sono diverse combinazioni – spiega Infante – tipo indio-arsenico e indio-antimonio che sarebbero, ad esempio, ideali ad assorbire la luce solare, ma hanno problemi ad essere sintetizzati e presentano anche instabilità strutturale. Si rompono facilmente”. Per aumentarne la stabilità, questi materiali devono essere trattati con dei leganti specifici di tipo organico (quindi, semplificando, elementi che contengano carbonio).
UN’INTELLIGENZA ARTIFICIALE PER INDIVIDUARE I MATERIALI PIÙ PROMETTENTI
Come si intuisce da questa descrizione, il quadro si complica e le variabili sul campo sono molteplici. Ed è per questo che il progetto mira a integrare una parte sperimentale con una parte di calcolo computazionale. “In base alle caratteristiche delle molecole organiche, la piattaforma che stiamo sviluppando con Enea ci potrà aiutare a capire quelle sulle quali concentrarci. E di conseguenza ci aiuterà a migliorare significativamente l’efficienza dei materiali da sintetizzare”.
La piattaforma di calcolo è già in fase di realizzazione. Ora, il finanziamento di Mission Innovation consentirà l’assunzione di nuovi ricercatori per lo sviluppo del software. “Sviluppare in un triennio un ‘materiale ideale’ credo sia impossibile – aggiunge Infante – Il nostro obiettivo è quello di avere una piattaforma che sappia far dialogare i dati ottenuti dagli esperimenti con quelli calcolati. Ogni esperimento ha un suo modo di processare i dati e immagazzinarli in diversi formati, che normalmente sono incompatibili tra di loro. Arrivare ad avere questi dati in un formato univoco, attraverso un software che sarà anche in grado di automatizzare tutta una serie di calcoli ed integrarli con quelli sperimentali, sarebbe già un risultato importantissimo”.
Photo by Brookhaven National Laboratory on Flickr