Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего(UCSD) используют суперкомпьютер для разработки материалов в целях улучшения солнечных элементов и светодиодов – найдены 13 из первых и 23 из последних.
Один из материалов-кандидатов: (MA)2GeI4
Перспективные материалы, разновидности гибридных галогенидных полупроводников, будут стабильными и будут демонстрировать превосходные оптоэлектронные свойства.
Они имеют неорганический каркас, содержащий органические катионы, и демонстрируют свойства материала, которые не обнаруживаются только в органических или неорганических материалах. По словам инженеров UCSD, гибридные галогенидные перовскиты – перспективные материалы для солнечных элементов, являются подклассом этой группы – но оказывается сложным стабилизировать ущерб от атмосферных воздействий, и многие из них содержат свинец.
Цель проекта – найти стабильные бессвинцовые солнечные опто-полупроводники.
«Мы изучаем структуры перовскита, чтобы найти новое пространство для разработки гибридных полупроводниковых материалов для оптоэлектроники», – говорит профессор Кесонг Янг.
Команда начала с поиска в базах данных квантовых материалов AFLOW и The Materials Project, проанализировав соединения, химически похожие на перовскиты Pb-галогенида, и обнаружив 24 структуры для использования в качестве шаблонов для создания гибридных органических-неорганических материалов.
Выполнение квантово-механических расчетов на них создало 4,507 гипотетических гибридных галогенидных соединениях.
По словам университета, сбор данных и их проверка на этом гипотетическом ресурсе позволили выявить 13 кандидатов на материалы для солнечных батарей и 23 кандидата на светодиоды.
Потребовалось несколько лет, чтобы разработать полную программную среду, оснащенную алгоритмами генерации, интеллектуального анализа данных и скрининга данных для гибридных галогенидных материалов, и, по словам университета, приложить немало усилий, чтобы заставить программную среду работать с программным обеспечением, используемым для высокопроизводительных расчетов.
Схема рабочего процесса
«Высокопроизводительное исследование органических и неорганических гибридных материалов не тривиально», – сказал Ян.
Тот же самый подход теперь будет применяться и к другим кристаллическим структурам, в поисках улучшений солнечных элементов и светодиодных материалов, но уже используя новые модули интеллектуального анализа данных, функциональные материалы для спинтроники.
В проекте использовался компьютер Comet от UCSD, и работа описана в «Высокопроизводительном вычислительном проекте органических и неорганических гибридных галогенидных полупроводников за пределами перовскитов для оптоэлектроники» в журнале Energy & Environmental Science.