Por detección de millones de moléculas, los investigadores esperan que el Proyecto de Energía Limpia se identifican un material que puede ser utilizado para fabricar células solares orgánicas que tienen una eficiencia del 10-15% y una duración de más de 10 años - las propiedades que hacen solares orgánicas las células de un costo competitivo con otras fuentes de energía. Crédito de la imagen: Hachmann, et al. © 2011 Sociedad Americana de Química
Articulo original en ingles: ZeitNews
Actualmente, el costo de la electricidad comercial de células solares de silicio es aproximadamente 10 veces más alto que el coPublicar entradasto de la electricidad de servicios públicos a gran escala. Con el fin de hacer que las células solares a costos competitivos con las fuentes de energía disponibles en la actualidad, algunos investigadores están buscando a los materiales orgánicos. No sólo son materiales orgánicos más baratos que los materiales inorgánicos como el silicio, pero también son no peligrosos, ligero, fácil de procesar, y se pueden hacer semi-transparente y moldeada en casi cualquier forma. El problema es que hay literalmente millones de materiales orgánicos para elegir, y la identificación de aquellos pocos que tienen las mejores propiedades ópticas y electrónicas es extremadamente difícil.
Para solucionar este problema, un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard, la Universidad Nacional Autónoma de México, y Universidad de Haverford en Haverford, Pennsylvania, ha desarrollado una muy gran escala método automático de detección de cálculo para estudiar las posibles estructuras moleculares para dispositivos fotovoltaicos orgánicos (OPV ). Se presentó la iniciativa, denominada Proyecto Harvard de Energía Limpia (CEP), http://cleanenergy.harvard.edu/ en una edición reciente del Journal of Physical Chemistry cartas en las que presentan algunos resultados preliminares, con más estudios para seguir.
Objetivo general del CEP es la identificación de un material orgánico que puede aumentar la eficiencia de las variedades de polinización abierta desde el registro actual de 9.2% a 15.10%, así como ampliar el tiempo de vida limitado actualmente a más de 10 años. Una célula solar con estas dos características podría llevar a los costos de generación de energía de las células solares orgánicas debajo de la de otras fuentes de energía disponibles en la actualidad.
Para lograr este objetivo, el proyecto ha adoptado un enfoque altamente colaborativo. Se basa en las aportaciones y los comentarios de los experimentadores del grupo Zhenan Bao en Stanford y otros grupos de investigación. Para analizar el gran número de moléculas, el proyecto combina las estrategias convencionales de modelado con las estrategias de descubrimiento de fármacos modernos, junto con las ideas de la máquina de aprendizaje, el reconocimiento de patrones, y quimioinformática. Además, el proyecto utiliza la computación voluntaria por Red Mundial de IBM de la Comunidad (IDU) para abastecer parte de la potencia de cálculo a gran escala. Los voluntarios que deseen donar tiempo en la computadora puede descargar un programa gratuito y libre de virus desde el sitio web de IBM que utiliza su ordenador para la detección de los materiales, mientras que su equipo está inactivo.
"Aproximadamente, cada 12 horas de tiempo de CPU donado libre tendrá como resultado una nueva molécula añadido a nuestra base de datos de materiales orgánicos candidato para las células solares", dijo Alán Aspuru-Guzik de Havard, que es uno de los líderes del proyecto, a PhysOrg.com. "La base de datos ayudará a los científicos para acelerar el descubrimiento de nuevos materiales solar."
Con los enfoques tradicionales para el análisis y caracterización de materiales, los investigadores normalmente se basan en sus experiencias pasadas con ciertos materiales y su propia intuición empírica. Debido al largo tiempo necesario para la síntesis y caracterización, sólo unos pocos ejemplos pueden ser estudiados experimentalmente por año. Por el contrario, el PAC puede caracterizar miles de moléculas por día, y la biblioteca del PAC ya tiene unos 10 millones de motivos moleculares de interés potencial.
"La gran variedad de propiedades se encuentran en nuestra biblioteca de candidatos es bastante notable, como es el espacio de parámetros pequeño que hace de estas variedades prometedoras y que tiene que ser alcanzada", dijo Johannes Hachmann de Harvard, otro de los líderes del proyecto. "Este último subraya el valor de nuestro enfoque de alto rendimiento."
Usando una jerarquía de cálculo, el método de las tasas de cada motivo candidato en cada paso con respecto a las propiedades deseadas, y acelera la caracterización adicional de los candidatos más prometedores. La técnica de la jerarquía ya está demostrando su valor: un análisis preliminar ha revelado que sólo el 0,3% (3.000-5.000) de las estructuras de detección tienen el nivel necesario para realizar energética de células solares orgánicas, con un 10% o mayor eficiencia. Mientras que una búsqueda sin ayuda tendría una probabilidad muy pequeña de la identificación de estas moléculas, el PAC puede mover todos los candidatos prometedor para el análisis adicional.
"Hasta ahora, hemos hecho un estudio de prueba de principio en colaboración con el grupo Zhenan Bao en Stanford", dijo Aspuru-Guzik. "Se seleccionaron ocho variantes diferentes de un compuesto de origen de los semiconductores orgánicos, y esto dio lugar a un compuesto con un gran agujero movilidad sorprendente. Esto nos da confianza en que el tipo de enfoque adoptado en la WCG proporcionará información útil para la comunidad. "
Además de la búsqueda de moléculas con estructuras específicas, el proyecto también ofrece a los investigadores una mejor comprensión de las relaciones estructura-propiedades de las moléculas en general. Conocer estos principios de diseño permitirá a los científicos no sólo para mejorar la detección, sino también para diseñar activamente novela electrónica orgánica en una etapa futura.
"Por un lado, la colección ofrece acceso bajo demanda a los compuestos específicos con una amplia gama de propiedades deseadas y estructuras electrónicas de todo tipo de aplicaciones, no sólo para la OPV", dijo Hachmann."Por otro lado se forma una base sólida para aprender sobre las relaciones estructura-propiedades. Por último, será un recurso útil para los teóricos para evaluar el desempeño de los diferentes métodos de cálculo y puede servir como un repositorio de parámetros químicos en este espacio. "
Como resultados más técnicos llegan, los investigadores están construyendo una base de datos de referencia que estará disponible al público para el año 2012. Los datos deben acelerar la búsqueda de materiales de óptima OPV, y proporcionar información valiosa para el desarrollo de la electrónica orgánica en general. Los investigadores esperan que algún día la búsqueda conducirá a una fuente limpia de electricidad que puede competir con las fuentes convencionales de energía, aunque es difícil predecir exactamente cuándo será.
"En principio, queremos que la búsqueda a durar tan poco como sea posible", dijo Aspuru-Guzik. "Obviamente, las cosas son más complicadas: Se necesita tiempo humano para catalogar y entender los resultados, así como para seleccionar moléculas para una revisión adicional. Estamos en el proceso de selección de los principales candidatos de nuestra selección inicial y la liberación de ellos en una publicación. Queremos más de pantalla a los candidatos más prometedores, con más cálculos para comprobar y confirmar su potencial como materiales para células solares orgánicas. "
Para participar y descargar el software cliente desarrollado por IBM y la Universidad de Harvard, vaya ahttp://cleanenergy.harvard.edu y haga clic en "Descargar". El sitio web contiene tutoriales en vídeo para la instalación.
Fuente: PhysOrg
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