По мнению ученых из MIT (Массачусетского технологического института), моделирование электронного возбуждения в органических фотогальванических материала может изменить будущее солнечной энергии.
Органические фотоэлектрические материалы дадут больше перспектив для развития солнечной энергетики. Полупроводящий пластик легкий, гибкий, относительно недорогой и его легко сделать. Проблема состоит в том, что, в отличие от неорганического фотогальванического материала, он не очень эффективен и не очень стабилен. Но работа доцента кафедра химии в Массачусетском технологическом институте Адама Уилларда может изменить эту ситуацию. Уиллард, химик-теоретический химик, который использует моделирование для изучения молекулярных систем.
Целью его исследовательской группы было изучить и понять основы и последствия молекулярного беспорядка. Он лежит в основе проблемы, которая возникает в органическом фотоэлектрическом материале. В то время как органические фотоэлектрические пленки могут выглядеть гладкими и однородными невооруженным глазом, они крайне неупорядоченным на молекулярном уровне, где они выглядят как гигантский клубок молекул. Это переплетение не дает точно понять, как электроны, при возбуждении фотонами, могли бы легче перемещаться по структуре и быстрее достигать внешнего электрода. Даже понимание поведения одного электрона является непростой задачей.
— Положение и форма возбужденного электрона являются динамическими и в на влияют даже малейшее изменение в ядерном движении. Вы можете представить себе трудности понимания миллионов тонких ядерных движений и их влияние на миллионы электронов, — говорят ученые.
До недавнего времени исследователи не могли даже рассматривать такого рода проблемы.
— Компьютеры стали настолько быстры и эффективны, что мы можем исследовать целый класс проблем, это то, о чем мы не могли даже подумать 50 лет назад. В течение многих лет решение многих теоретических химических проблем делалось карандашом и бумагой, — отметил Уиллард.
Он применяет мощнейший компьютер MIT — Green High Performance Center (MGHPCC). Это вычислительная инфраструктура мирового уровня. И при этом мощностей MGHPCC едва хватает для того, чтобы смоделировать поведение возбужденных электронов одной большой молекулы. Чтобы обойти это ограничение, Уиллард делает многоуровневое моделирование поведения возбужденных электронов в отдельных молекулах, затем применят полученные данные к моделям, состоящим из множества упрощенных молекул.
В итоге это превращает одну крупную «проблему», которая требует сложного вычисления, в более мелкую, которая требует множества относительно простых вычислений. Последние могут быть распределены между платформами MGHPCC, которые содержат отдельные процессоры.
— Понимание того, как электроны двигаются из глубины фотоэлектрического материала туда, где они могут скапливаться и питать электроприборы, это сложная задача, которая должна быть решена, чтобы можно было извлечь пользу в глобальном масштабе, — говорит Уиллард.