AIから導くバンドギャップ設計とペロブスカイト合成~AIと実験を融合した無機材料開発フローを実現~

2025-08-20 北海道大学

北海道大学の髙橋啓介教授らは、AIによるバンドギャップ設計と実験合成を統合したペロブスカイト材料開発フローを確立しました。従来、ペロブスカイトは太陽光吸収に優れますが、構造変化でバンドギャップが大きく変動するため設計が困難でした。研究チームは282件の実験データから数千の特徴量を生成し、独自のMonteCat法でバンドギャップに寄与する24個の記述子を抽出。高精度なサポートベクター回帰モデルを構築し、1852種の仮想化合物を予測しました。その中から太陽光変換に適した86種を選び、LaCrO₃、LaFeO₃、YFeO₃、YCrO₃を合成。XRDやUV-vis-NIR測定で予測通りの構造・組成・バンドギャップを確認しました。AI設計と実験検証を融合した本手法は、再生可能エネルギー利用や光触媒、水分解材料の開発を加速し、記述子駆動型の材料探索の基盤を築く成果です。

AIから導くバンドギャップ設計とペロブスカイト合成~AIと実験を融合した無機材料開発フローを実現~
図 1.⽂献データから材料合成までの道筋

<関連情報>

高度に練り上げた記述子によるバンドギャップを制御したペロブスカイト合成 Designing and synthesizing perovskites with targeted bandgaps via tailored descriptors

Kenshin Shibata, Fernando Garcia-Escobar, Tomoya Tashiro, Lauren Takahashi and Keisuke Takahashi
Chemical Science  Published:19 Aug 2025
DOI:https://doi.org/10.1039/D5SC04813C

Abstract

Descriptors that govern the bandgaps of perovskite-type oxides are identified by analyzing experimentally reported materials, focusing on compositional, structural, and electronic features relevant to solar energy conversion. These descriptors form the basis of a machine learning model that predicts bandgaps across a wide chemical space. Several compositions with targeted optical properties are predicted and subsequently synthesized. Structural and optical characterization studies confirm the formation of the predicted phases and the bandgap. Thus, this work demonstrates that the descriptor-driven, data-guided workflow accelerates the discovery of photoactive perovskites for solar energy conversion and visible-light-driven applications.

0501セラミックス及び無機化学製品
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