阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)方法，以利用鈣鈦礦推進(jìn)太陽(yáng)能研究。圖片來源：Maria Chan/阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

太陽(yáng)能吸收劑是用于將這種能量轉(zhuǎn)化為熱能或電能的材料。美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，用于篩選成千上萬的化合物作為太陽(yáng)能吸收劑。

美國(guó)能源部最近的一項(xiàng)研究表明，到2035年，太陽(yáng)能可以為全國(guó)40%的電力提供動(dòng)力。根據(jù)研究人員的說法，機(jī)器學(xué)習(xí)將在實(shí)現(xiàn)這一崇高目標(biāo)中發(fā)揮重要作用。作為人工智能（AI）的一種形式，機(jī)器學(xué)習(xí)使用大型數(shù)據(jù)集和算法的組合來模仿人類的學(xué)習(xí)方式。它從樣本數(shù)據(jù)和過去經(jīng)驗(yàn)的訓(xùn)練中學(xué)習(xí)，以做出更好的預(yù)測(cè)。

目前，太陽(yáng)能電池的主要吸收劑是硅或碲化鎘。但它們的制造成本仍然相當(dāng)高，而且是能源密集型的。研究人員使用他們的機(jī)器學(xué)習(xí)方法來評(píng)估一類叫做鹵化物過氧化物的材料的太陽(yáng)能特性。

在過去的十年里，許多研究人員一直在研究過氧化物，因?yàn)樗鼈冊(cè)趯⑻?yáng)光轉(zhuǎn)換為電能方面具有顯著的效率。它們還為材料制備和電池制造提供了更低的成本和能源投入的前景。

阿貢研究人員用幾百種鹵化物過氧化物成分的數(shù)據(jù)訓(xùn)練他們的方法，然后將其應(yīng)用于18000多種成分作為測(cè)試案例。該方法評(píng)估了這些成分的關(guān)鍵特性，如穩(wěn)定性、吸收陽(yáng)光的能力、不容易因缺陷而斷裂的結(jié)構(gòu)，以及其他。他們發(fā)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果與科學(xué)文獻(xiàn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)非常吻合。而且，這些發(fā)現(xiàn)將值得進(jìn)一步研究的成分?jǐn)?shù)量縮減到了大約400個(gè)。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Maria Chan說："我們的候選名單中有已經(jīng)被研究過的化合物，也有沒有人研究過的化合物，甚至還有不在最初的18000個(gè)化合物之列的化合物。"所以我們對(duì)此感到非常興奮?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)下一步計(jì)劃使用實(shí)驗(yàn)來測(cè)試預(yù)測(cè)結(jié)果。理想的情況是使用一個(gè)自主的發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室，如阿貢的納米材料中心（CNM）的Polybot，這是美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的一個(gè)用戶設(shè)施。Polybot將機(jī)器人和人工智能的力量結(jié)合起來，在很少或沒有人類干預(yù)的情況下推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

通過使用自主實(shí)驗(yàn)來合成、表征和測(cè)試他們幾百個(gè)主要候選人中的最佳人選，陳和她的團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)他們還可以改進(jìn)目前的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。

"我們確實(shí)處于一個(gè)將人工智能和高性能計(jì)算應(yīng)用于材料發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代。"Chan說："除了太陽(yáng)能電池，我們的設(shè)計(jì)方法可以適用于LED和紅外傳感器。"