Un sistema de medición robotizado evalúa nuevos materiales para células solares

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Científicos de la Universidad de Osaka han desarrollado un sistema robótico que utiliza el aprendizaje automático para automatizar la evaluación de nuevas células solares.

Los investigadores describieron sus hallazgos en “Exploration of Solution-Processed Bi/Sb Solar Cells by Automated Robotic Experiments Equipped with Microwave Conductivity” (Exploración de células solares Bi/Sb procesadas en solución mediante experimentos robóticos automatizados equipados con conductividad de microondas), que se publicó recientemente en JACS Au. Según explicaron, el robot puede realizar espectroscopia de fotoabsorción (PA) y fotoluminiscencia (PL), microscopía óptica y ensayos de conductividad de microondas resuelta en el tiempo (TRMC) con flash de luz blanca.

“Las células solares actuales están hechas de semiconductores inorgánicos que contienen silicio y galio, pero las células solares de próxima generación necesitan reducir tanto el coste como el peso”, explica el investigador Chisato Nishikawa. “Sin embargo, la amplia gama de elementos y parámetros del proceso impiden la exploración rápida de vastos espacios químicos”.

El sistema robótico está controlado por un software propio. Incluye un robot de manipulación, espectrómetros PA y PL, óptica y electrónica TRMC, un microscopio óptico y un cartucho de muestras.

“El TRMC consta de una lámpara de flash Xe, un generador de señales, una cavidad resonante a unos 9 GHz, un circuito de microondas, un generador de impulsos y un osciloscopio”, explican los científicos.

Los resultados se analizan automáticamente mediante la creación de una imagen microscópica óptica.

“En los últimos años, el aprendizaje automático ha sido muy útil para comprender mejor las propiedades de los materiales”, afirma el investigador Akinori Saeki. “Estos estudios requieren grandes cantidades de datos experimentales, y combinar experimentos automatizados con técnicas de aprendizaje automático es una solución ideal”.

El equipo de investigación afirma que un ciclo típico de mediciones dura cinco minutos. Para verificar la precisión del nuevo robot, los transitorios TRMC se midieron 50 veces en una muestra idéntica. Según se informó, ese proceso mostró una alta reproducibilidad, con una desviación estándar del 1,99% para el máximo de fotoconductividad.

Los académicos de Rhe utilizaron el robot para evaluar distintas muestras de semiconductores de película fina.

“Probamos 576 películas de semiconductores Cs-Bi-Sb-I de banda prohibida ancha mezclados con elementos cuaternarios con distintas composiciones, aditivos de sales orgánicas (MACl, FACl, MAI y FAI, donde MA y FA representan metilamonio y formamidinio, respectivamente) y temperaturas de recocido térmico”, explicaron.

Entre todas las películas probadas, el robot descubrió que la eficiencia máxima de conversión de energía era del 2,36% con una relación compuesta de 1:0,5:0,5. El material fotovoltaico relacionado se creó con aditivos de sales orgánicas MACl y recocido térmico a 200 ºC. En comparación con una película de referencia sin el aditivo, la eficiencia fue un 0,68% superior.

“Los experimentos robóticos automatizados únicos y los hallazgos presentados en este estudio beneficiarán a la investigación científica sobre materiales fotovoltaicos al acelerar el proceso de descubrimiento”, concluyó el grupo de investigación.

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