Ingenieure der University of California in San Diego verwenden einen Supercomputer, um Materialien zu entwerfen, mit denen sich Solarzellen und LEDs verbessern lassen. Dabei werden 13 der ersteren und 23 der letzteren gefunden
Die Kandidatenmaterialien, Arten von Hybridhalogenidhalbleitern, wären stabil und weisen ausgezeichnete optoelektronische Eigenschaften auf.
Sie haben ein anorganisches Gerüst mit organischen Kationen und zeigen Materialeigenschaften, die laut UCSD nicht nur in organischen oder anorganischen Materialien zu finden sind. Dies zeigt, dass Hybridhalogenidperowskite - die vielversprechenden Solarzellenmaterialien - eine Unterklasse dieser Gruppe darstellen. Es erweist sich jedoch als schwierig, eine Schädigung der Atmosphäre durch Aganisten zu stabilisieren, und viele enthalten Pb.
Ziel des Projekts ist es, stabile Pb-freie Solar-Opto-Halbleiter zu finden.
„Wir schauen über Perowskitstrukturen hinweg, um einen neuen Raum für das Design hybrider Halbleitermaterialien für die Optoelektronik zu finden“, so Professor Kesong Yang.
Das Team suchte zunächst in den Quantendatenbanken von AFLOW und The Materials Project nach Verbindungen, die Pb-Halogenid-Perowskiten chemisch ähnlich sind, und fand 24 Strukturen, die als Vorlagen für die Erzeugung von hybriden organisch-anorganischen Materialien verwendet werden können.
Durch quantenmechanische Berechnungen wurden 4.507 hypothetische Hybridhalogenidverbindungen erhalten.
Data Mining und Daten-Screening zu dieser hypothetischen Ressource, so die Universität, identifizierten 13 Kandidaten für Solarzellenmaterialien und 23 Kandidaten für LEDs.
Es dauerte mehrere Jahre, um ein vollständiges Software-Framework zu entwickeln, das mit Algorithmen für die Datenerzeugung, das Data Mining und das Data Screening für Hybridhalogenidmaterialien ausgestattet war, und laut Angaben der Universität waren große Anstrengungen erforderlich, damit das Software-Framework mit der für den Hochdurchsatz verwendeten Software funktioniert Berechnungen. "Eine Hochdurchsatzstudie von organisch-anorganischen Hybridmaterialien ist nicht trivial", sagte Yang.
Der gleiche Ansatz wird nun auf andere Kristallstrukturen angewendet, die nach besseren Solarzellen- und LED-Materialien suchen und mithilfe neuer Data-Mining-Module Funktionsmaterialien für die Spintronik verwenden.
Das Projekt verwendete den Comet-Computer von UCSD und die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science unter „ Hochdurchsatzberechnung von organisch-anorganischen Hybridhalogenidhalbleitern jenseits von Perowskiten für die Optoelektronik “ beschrieben.
