Materialmodellering på atomnivå ska ge effektivare solceller

– Det finns två sätt att tackla klimatkrisen, att producera mer hållbar energi och att utnyttja den mer effektivt, säger Julia Wiktor, docent vid Chalmers, som genom datamodellering på atom- och elektronnivå siktar på att optimera solceller och transistorer.

Julia Wiktor, forskare vid institutionen för fysik vid Chalmers tekniska högskola, arbetar med att använda kvantmekanik och maskininlärning för att förbättra solcellstekniken på en mycket grundläggande nivå. Hennes projekt, Kvantmekanisk beskrivning av fullständiga halvledaranordningar, syftar till att förstå hur atomer och elektroner interagerar inom halvledarmaterial, vilket är avgörande för solcellers funktion.
Genom att tillämpa avancerade kvantmekaniska beräkningar och maskininlärningsalgoritmer siktar Julia Wiktor och hennes team på att optimera materialen för att förbättra solcellers effektivitet och hållbarhet.
– Vanligtvis utforskar man ett material åt gången i de olika lager som exempelvis en solcell består av. Dessutom studeras materialen ofta i den bästa av världar där atomer står stilla, eftersom det är mycket enklare.

Tillför defekter
Modelleringar av det här slaget, berättar Julia Wiktor, görs oftast på perfekta material, huvudsakligen kristaller.
– Det innebär att atomerna är arrangerade på ett precist sätt där man antar att atomer och elektroner befinner sig på de platser de ska vara. Men i verkligheten kanske någon atom fattas eller har tillkommit, vilket påverkar slutresultatet. Vår idé i detta projekt är att genom användning av maskininlärningstekniker tillföra olika defekter i materialet för att på så sätt göra modelleringen mer realistisk.
Projektets övergripande mål är att förstå hur dessa defekter påverkar slutprodukten och att inkludera dem i beräkningarna.
– Om vi lyckas kontrollera aktiviteten i materialet kan den kunskapen användas för att optimera både solceller och transistorer, förklarar Julia Wiktor.
Hennes egna drivkrafter bakom projektet är flera.
– Jag har alltid varit intresserad av atomer och elektroner. Det är en fascinerande värld som vi nästan bara kan föreställa oss. I det här projektet får jag utforska denna sfär och stilla min nyfikenhet, samtidigt som jag ser hur denna grundforskning kan komma till praktisk nytta. Det finns två sätt att tackla klimatkrisen: att producera mer hållbar energi och att utnyttja den mer effektivt. Det är två viktiga motiv som driver mig framåt, fastslår Julia Wiktor.