Ameriški raziskovalci so uporabili robotiko in avtomatizacijo za odkrivanje perovskitnih materialov, ki se uporabljajo v tandemskih perovskitnih sončnih celicah. Robotska platforma je večnamenska, saj lahko meša prekurzorje, izvaja spin coating (nanašanje s centrifugiranjem), anelacijo (postopek žarjenja) in karakterizacijo optoelektronskih tankih plasti.
Raziskovalci z Univerze v Kaliforniji v San Diegu so razvili avtomatizirano platformo za odkrivanje in testiranje materialov, namenjeno tehnologijam tandemskih perovskitnih sončnih celic. Robotska platforma je večnamenska in omogoča mešanje prekurzorjev, izvajanje spin coatinga (nanašanja s centrifugiranjem), anelacijo (postopek žarjenja) ter karakterizacijo optoelektronskih tankih plasti.
Sprva osredotočena na perovskitno tehnologijo, se imenuje Perovskite Automated Spin Coat Assembly Line (PASCAL). Platforma je primerna za inženiring sestave z namenom izboljšanja vzdržljivosti perovskitnih absorberjev za aplikacije tandemskih sončnih celic ter za presejanje sestavkov s trojnimi kationi in trojnimi halidi.
„Po našem mnenju je uporaba robota za izvajanje ponavljajočih se nalog učinkovita z vidika virov, saj omogoča dobro usposobljenim raziskovalcem, da se osredotočijo na naloge višjega nivoja, kot sta generiranje in testiranje hipotez,“ je za pv magazine povedal David P. Fenning, korespondentni avtor raziskave. „To tudi zmanjšuje šum v eksperimentalnih podatkih, kar povečuje statistično moč eksperimentov.“
Nova platforma naj bi omogočala do 430 nanosevkov ali meritev na dan. „PASCAL avtomatizira izdelavo tankih plasti z uporabo standardnih spin coating postopkov, ki se običajno izvajajo ročno, vendar z natančnostjo, nadzorom in beleženjem podatkov, ki presega tisto, kar lahko dosežejo človeški operaterji,“ so sporočili raziskovalci.
PASCAL omogoča obsežno sestavno presejanje in ima kapaciteto za analizo 58 „edinstvenih sestavkov“ v kompleksnem področju trojnih halidnih in trojnih kationnih sestavkov. Prav tako podpira ponovljivost nanašanja, kar je dokazano v delu ekipe.
„S tem nizom podatkov za presejanje izkoriščamo strojno učenje za razvoj vzdržljive sestave, ki kaže skoraj nič premikov v fotoluminiscenčnih vrhovih pri temperaturah 85 °C in pri približno 4-sončni izpostavljenosti,“ so povedali akademiki.
Sestava je bila nato uporabljena za izdelavo prototipnih naprav z enim spojem. V karakterizacijski liniji so prisotni kamere, LED in laserski viri za vzbujanje, halogenska svetilka in spektrometer. Sistem lahko generira standardni niz podatkov, vključno z darkfield (temno polje), brightfield (svetlo polje), fotoluminiscenco in podatki o prepustnosti, ki se shranijo za vsak vzorec.
Celoten sistem se nadzira z enega računalnika z uporabo prilagojene Python knjižnice.
Glede na rezultate je raziskava potrdila učinkovitost PASCAL-a, zlasti za avtomatizacijo raziskav optoelektronskih tankih plasti, obdelanih z raztopinami. Pristop, strojna oprema in podatki so „dokaz, da avtomatizirane platforme predstavljajo priložnost za pospešitev prepoznavanja in odkrivanja novih materialov za tanke plasti.“ Fenning je poudaril, da so dostopnost nizkocenovne robotike in skupnosti z odprto kodo za avtomatizacijo omogočile to napredovanje.
Platforma je bila predstavljena v študiji z naslovom „PASCAL: avtomatizirana linija za spin coating perovskitov pospešuje presejanje sestavkov v trojnih halidnih perovskitnih zlitinah,“ objavljeni v reviji Digital Discovery.
Povratne informacije iz industrije in raziskovalne skupnosti so bile pozitivne. „Prejeli smo veliko spodbude in navdušenja od raziskovalcev vseh stopenj kariere, tako iz industrije kot akademskega sveta. Mislim, da je naš najpomembnejši prispevek to, da ni tako težko ali drago, kot se je morda zdelo v preteklosti, ob upoštevanju napredka v robotiki in odprtokodnih platformah,“ je dejal Fenning.
Glede prihodnosti je Fenning povedal: „Operativna stabilnost je ključna za perovskite. Delamo na študijah, ki povezujejo vzdržljivost z kemijskimi in procesnimi variacijami, pri čemer izkoriščamo nizko-šumni eksperimentalni temelj, ki ga nudi PASCAL.“
Dodaja še, da platforma PASCAL podpira raziskave za „povečanje obsega obdelave perovskitov“ v novem raziskovalnem centru, ki ga vodi Massachusetts Institute of Technology (MIT) in je prejel sredstva od Urada za sončne energijske tehnologije pri ameriškem ministrstvu za energijo (SETO). Ta center, imenovan Accelerated Co-Design of Durable, Reproducible, and Efficient Perovskite Tandems (ADDEPT), je nacionalni center, ki vključuje raziskovalne ekipe z univerz Univerze v Kaliforniji v San Diegu, Princeton in MIT, ter industrijske partnerje CubicPV in Verde Technologies.
