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編者按：美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和英國(guó)劍橋大學(xué)開(kāi)發(fā)出了一種新穎的設(shè)備來(lái)識(shí)別有前途的太陽(yáng)能電池材料。這項(xiàng)研究能夠展示數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料發(fā)現(xiàn)的整個(gè)周期，從而使用先進(jìn)的計(jì)算方法來(lái)識(shí)別具有最佳性能的材料。

尋找用于太陽(yáng)能電池的最佳光能，簡(jiǎn)直就像是大海撈針一樣困難。多年來(lái)，研究人員開(kāi)發(fā)并測(cè)試了數(shù)千種不同的染料和色素，以了解它們吸收陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為電能的方式，并且他們還對(duì)所有這些問(wèn)題進(jìn)行了分類。

目前，研究人員在美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和英國(guó)劍橋大學(xué)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種新穎的設(shè)備來(lái)識(shí)別有前途的太陽(yáng)能電池材料。DSSCs可以用低成本、可擴(kuò)展的技術(shù)來(lái)進(jìn)行制造，所以它的性價(jià)比是十分高的。這項(xiàng)研究能夠展示數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料發(fā)現(xiàn)的整個(gè)周期，從而使用先進(jìn)的計(jì)算方法來(lái)識(shí)別具有最佳性能的材料。

Cole和Argonne的計(jì)算科學(xué)家通過(guò)一個(gè)ALCF數(shù)據(jù)科學(xué)項(xiàng)目，創(chuàng)建了一個(gè)自動(dòng)化的工作流程。該流程結(jié)合了模擬、數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，它能夠同時(shí)分析數(shù)千種化合物。這一過(guò)程的優(yōu)勢(shì)在于，它摒棄了傳統(tǒng)的手工管理數(shù)據(jù)庫(kù)的做法，將其其所需的工作時(shí)間縮短到了幾個(gè)月，甚至是幾天。


機(jī)器學(xué)習(xí)

計(jì)算工作涉及使用越來(lái)越精細(xì)的篩選技術(shù)，來(lái)生成可能的染料對(duì)。它們可以相互結(jié)合，吸收整個(gè)太陽(yáng)光譜的光。科爾表示，要找到一種對(duì)所有波長(zhǎng)都有效的染料幾乎是不可能的。對(duì)于有機(jī)分子來(lái)說(shuō)更是如此，因?yàn)樗鼈兙哂懈墓鈱W(xué)吸收帶。然而，我們真正想關(guān)注的是有機(jī)分子，因?yàn)樗鼈兠黠@更環(huán)保。

為了將最初的10000個(gè)潛在染料候選范圍縮小到幾個(gè)，科學(xué)家們?cè)俅问褂肁LCF計(jì)算資源來(lái)執(zhí)行一個(gè)多步驟的方法。首先，Cole和她的同事們使用數(shù)據(jù)挖掘工具來(lái)消除任何有機(jī)金屬分子，這些有機(jī)金屬分子在特定波長(zhǎng)下，吸收的光通常比有機(jī)染料少。

在研究的最后階段，涉及到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他們需要從這些預(yù)測(cè)中選出的五種最有前途的染料候選，這需要全球?qū)＜业暮献?。所以，科爾找到了最初的染料開(kāi)發(fā)人員，他們每個(gè)人都發(fā)回了一種新的染料樣品，讓她的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究?？茽栒f(shuō)表示，能夠讓這么多來(lái)自世界各地的人參與到這項(xiàng)研究中來(lái)，這真的是非常了不起的團(tuán)隊(duì)合作。

原標(biāo)題：解開(kāi)太陽(yáng)的謎題: 科學(xué)家利用機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別太陽(yáng)能材料