Amid global efforts to tackle the energy crisis and reduce carbon emissions, solar power has emerged as a cornerstone for a sustainable future. In particular, perovskite solar cells-flexible, sustainable alternatives to traditional silicon-are revolutionizing the field. The synergy of international collaboration and artificial intelligence (AI) is playing a pivotal role in accelerating the development of these next-generation photovoltaic materials.

AI-Accelerated Discovery and Optimization of Perovskite Materials

AI is fundamentally transforming the R&D workflow for solar materials:

• Reduced Testing Time: AI-driven emulators can simulate the performance of thousands of perovskite variants in hours rather than weeks in a conventional lab.
• Increased Efficiency: Researchers at Karlsruhe Institute of Technology (KIT), led by Professors Pascal Friederich and Christoph Brabec, combined AI with high-throughput synthesis to identify novel organic molecules that boost perovskite cell efficiency within weeks-achieving in 150 targeted experiments what would normally require hundreds of thousands.
• Enhanced Stability: Graph Neural Networks (GNNs) paired with high-throughput screening have pinpointed perovskite formulations with superior thermal and photostability, minimizing rapid degradation under real-world conditions.
• Resource Savings: This approach conserves significant time and materials and can be extended to other materials domains.

Performance Optimization and Diverse Applications

Thanks to AI-driven structural optimization, perovskite solar cells have made remarkable strides and unlocked new applications:

• Outstanding Efficiency: Tandem photovoltaic cells have surpassed 30% power-conversion efficiency (PCE). One study increased a reference cell’s PCE by 2 percentage points to 26.2%. Professor Henry Snaith is also recognized for pioneering efficient perovskite devices.
• Flexible Integration: AI-designed thin, flexible perovskite films enable integration on rooftops, windows, and wearable devices, offering a versatile alternative to rigid silicon panels.
• Smart Manufacturing: Integrating AI with self-driving labs optimizes production workflows-from precursor synthesis to quality validation-accelerating time to market. Smart manufacturing methods are critical to achieving sustainable energy targets.

The Importance of International Collaboration and Knowledge Sharing

Global forums and events are essential catalysts for innovation:

• VinFuture Sci-Tech Week: The 2024 Hanoi event, themed “Materials for a Sustainable Future,” convened leading experts to share visions for next-gen solar materials, fostering partnerships between scientists and industry.
• Technical Workshops: VinFuture’s InnovaTalk #5 on metal-halide perovskite photovoltaics disseminated cutting-edge knowledge and connected young researchers with world-renowned inventors.
• Expert Contributions:
• Professor Martin Green (University of New South Wales) and the Cambridge team highlighted how AI and machine learning streamline rapid, resource-efficient perovskite design.
• Professor Richard Friend (University of Cambridge) emphasized renewable energy’s critical role, particularly solar, in reducing CO₂ emissions.
• Professor Nguyễn Thục Quyên, Chair of VinFuture’s Preliminary Jury, underscored AI’s capacity to predict and analyze high-potential materials during early design, shortening research cycles and boosting production efficiency.

Lessons Learned and Ongoing Challenges

While AI offers tremendous promise, careful consideration is required:

• AI Is Not a “Silver Bullet”: As Professor Martin Green cautions, AI demands rich, reliable datasets and must account for factors like energy yield, production cost, and material recyclability.
• Scaling Ambitions: Achieving net-zero emissions by 2050 requires installing 3 terawatt-gigawatts of solar capacity annually by 2030-posing significant technical and manufacturing scale-up challenges.
• Future Directions: Experts agree on integrating new technologies, developing advanced materials (e.g., recyclable polymers), and adopting smart manufacturing to meet sustainable energy goals.

Conclusion and Outlook for Vietnam

The VinFuture Forum demonstrated that international collaboration and AI are key to realizing high-performance, sustainable perovskite solar cells. Vietnamese enterprises can leverage AI platforms and global partnerships to compress R&D timelines, target PCE > 30%, and develop versatile applications-contributing to a green transition and sustainable development.

Hợp Tác Quốc Tế và AI: Chìa Khóa Mở Khóa Tiềm Năng Pin Mặt Trời Perovskite Thế Hệ Mới

Trong bối cảnh toàn cầu đang nỗ lực giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng và giảm phát thải carbon, năng lượng mặt trời đã nổi lên như một trụ cột quan trọng cho một tương lai bền vững. Đặc biệt, pin mặt trời perovskite, một giải pháp thay thế linh hoạt và bền vững cho pin silicon truyền thống, đang cách mạng hóa lĩnh vực này. Sự kết hợp giữa hợp tác quốc tế và Trí tuệ Nhân tạo (AI) đang đóng vai trò then chốt trong việc đẩy nhanh quá trình phát triển các vật liệu quang điện thế hệ mới này.

AI Tăng Tốc Khám Phá và Tối Ưu Hóa Vật Liệu Perovskite

AI đang thay đổi căn bản quy trình nghiên cứu và phát triển (R&D) vật liệu pin mặt trời:

• Giảm thời gian thử nghiệm: Các trình giả lập (emulators) dựa trên AI cho phép mô phỏng hiệu suất của hàng nghìn biến thể perovskite chỉ trong vài giờ, thay vì mất hàng tuần trong phòng thí nghiệm truyền thống.

• Tăng hiệu quả: Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT), với sự tham gia của Giáo sư Pascal Friederich và Giáo sư Christoph Brabec, đã sử dụng AI kết hợp với tổng hợp thông lượng cao (high-throughput synthesis) để tìm ra các phân tử hữu cơ mới giúp tăng hiệu suất pin mặt trời perovskite chỉ trong vài tuần. Họ đã đạt được đột phá chỉ với 150 thí nghiệm có mục tiêu, điều mà lẽ ra phải cần hàng trăm nghìn thử nghiệm.

• Độ ổn định cao hơn: Ứng dụng Mạng nơ-ron đồ thị (GNN) cùng với sàng lọc thông lượng cao đã giúp chọn lọc các công thức perovskite có tính ổn định nhiệt và ánh sáng cao, giảm thiểu hiện tượng phân hủy nhanh dưới điều kiện thực tế.

• Tiết kiệm nguồn lực: Phương pháp này đã tiết kiệm được lượng lớn thời gian và tài nguyên, và có thể được áp dụng cho các lĩnh vực nghiên cứu vật liệu khác như vật liệu pin.

Tối Ưu Hóa Hiệu Suất và Ứng Dụng Đa Dạng

Nhờ tối ưu hóa cấu trúc perovskite bằng AI, pin mặt trời perovskite đã đạt được những bước tiến ấn tượng về hiệu suất và mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng:

• Hiệu suất vượt trội: Các tế bào quang điện tandem đã đạt hiệu suất chuyển đổi quang điện (PCE) vượt 30%. Một nghiên cứu đã tăng hiệu suất của tế bào quang điện tham chiếu thêm khoảng 2 điểm phần trăm, lên 26.2%. Giáo sư Henry Snaith cũng được ghi nhận với những đóng góp quan trọng trong việc sử dụng perovskite trong các tế bào quang điện hiệu quả.

• Ứng dụng linh hoạt: AI hỗ trợ thiết kế vật liệu mỏng, dẻo, cho phép tích hợp pin mặt trời linh hoạt trên mái nhà, kính cửa sổ và thiết bị đeo. Pin perovskite cũng được coi là một giải pháp thay thế linh hoạt cho pin silicon truyền thống.

• Sản xuất thông minh: Kết hợp AI với phòng thí nghiệm tự động ("self-driving labs") tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ tổng hợp nguyên liệu đến kiểm định chất lượng, giúp đẩy nhanh thời gian thương mại hóa. Việc áp dụng các phương pháp sản xuất thông minh là một yếu tố quan trọng để đạt được mục tiêu năng lượng bền vững.

Tầm Quan Trọng của Hợp Tác Quốc Tế và Nền Tảng Chia Sẻ

Các diễn đàn và sự kiện quốc tế đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy đổi mới:

• VinFuture Sci-Tech Week: Sự kiện VinFuture Sci-Tech Week 2024 tại Hà Nội, với chủ đề “Vật liệu cho một Tương lai Bền vững”, đã quy tụ các chuyên gia hàng đầu để chia sẻ tầm nhìn phát triển pin mặt trời thế hệ mới. Sự kiện này kết nối các nhà khoa học và doanh nghiệp để thúc đẩy nghiên cứu vật liệu xanh.

• Hội thảo chuyên sâu: VinFuture cũng tổ chức chuỗi hội thảo chia sẻ khoa học - công nghệ, như InnovaTalk #5 về Pin quang điện Perovskite Kim loại-halide, nhằm phổ biến kiến thức và kết nối các nhà khoa học trẻ với các nhà phát minh uy tín toàn cầu.

• Các chuyên gia hàng đầu: Các bài thuyết trình của Giáo sư Martin Green (Đại học New South Wales) và nhóm Cambridge đã nhấn mạnh cách AI và học máy tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thiết kế perovskite nhanh chóng và tiết kiệm nguồn lực. Giáo sư Richard Friend từ Đại học Cambridge cũng đã nhấn mạnh tầm quan trọng của năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, trong việc giảm phát thải CO2. Giáo sư Nguyễn Thục Quyên, Chủ tịch Hội đồng Sơ khảo Giải thưởng VinFuture, cũng khẳng định vai trò của AI trong việc tối ưu hóa vật liệu năng lượng mặt trời ngay từ giai đoạn thiết kế, giúp dự đoán và phân tích vật liệu tiềm năng cao, giảm thời gian nghiên cứu và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Bài Học và Thách Thức

Mặc dù AI mang lại tiềm năng to lớn, cần có những cân nhắc thận trọng:

• AI không phải "viên thuốc thần kỳ": Theo Giáo sư Martin Green, AI cần được sử dụng cẩn trọng, đòi hỏi một cơ sở dữ liệu phong phú và đáng tin cậy, đồng thời phải tính đến các yếu tố như hiệu suất năng lượng, chi phí sản xuất và khả năng tái chế vật liệu.

• Thách thức lớn: Để đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, sản lượng năng lượng mặt trời cần đạt 3TB GW mỗi năm vào năm 2030, điều này đòi hỏi những thay đổi quyết liệt về công nghệ và quy mô sản xuất.

• Hướng đi tương lai: Các chuyên gia đều nhất trí rằng cần kết hợp các công nghệ mới, phát triển vật liệu tiên tiến (như perovskite và polymer tái chế) và áp dụng các phương pháp sản xuất thông minh để đạt được các mục tiêu năng lượng bền vững.

Kết Luận và Triển Vọng cho Việt Nam

VinFuture Forum đã cho thấy hợp tác quốc tế và AI là chìa khóa để phát triển pin perovskite thế hệ mới với hiệu suất cao và bền vững. Các doanh nghiệp Việt Nam có thể tận dụng nền tảng AI và liên kết toàn cầu để rút ngắn chu kỳ R&D, hướng đến mục tiêu PCE > 30% và ứng dụng linh hoạt trong nhiều kịch bản thực tiễn, góp phần vào sự chuyển đổi xanh và phát triển bền vững.