Inżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali wysokowydajną metodę obliczeniową do projektowania nowych materiałów stosowanych w technologii wytwarzania ogniw słonecznych i diod LED nowej generacji.
Obliczenia przewidywały, że materiały zwane hybrydowymi półprzewodnikami halogenkowymi będą stabilne i wykażą doskonałe właściwości optoelektroniczne.
Hybrydowe półprzewodniki halogenkowe to materiały, które składają się z nieorganicznej struktury zawierającej organiczne kationy. Wykazują one unikalne właściwości materiałowe, które nie występują samodzielnie w materiałach organicznych i nieorganicznych.
Podklasa tych materiałów, nazywana hybrydowymi perowskitami halogenkowymi, ze względu na ich wyjątkowe właściwości optoelektroniczne i niedrogie koszty wytwarzania przyciągnęła wiele uwagi jako obiecujące materiały do wytwarzania zarówno ogniw słonecznych jak i urządzeń diodowych LED następnej generacji. Jednak hybrydowe perowskity nie są bardzo stabilne i zawierają ołów, czyniąc je nieodpowiednimi dla urządzeń komercyjnych.
Poszukując alternatyw dla perowskitów, zespół naukowców pod kierownictwem profesora nanoinżynierii Kesong Yanga z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, wykorzystał narzędzia obliczeniowe, techniki eksploracji i przesiewania danych, aby odkryć nowe hybrydowe materiały halogenkowe poza perowskitami, które są stabilne i pozbawione ołowiu. Grupa inżynierów kierowana przez profesora Yanga rozpoczęła pracę od przejrzenia dwóch największych baz danych materiałów kwantowych, tj. AFLOW i The Materials Project, oraz analizy wszystkich związków o podobnym składzie chemicznym do perowskitów ołowiowo-halogenkowych. Następnie wyodrębniono 24 prototypowe struktury do wykorzystania jako szablony do wytwarzania hybrydowych struktur materiałów organiczno-nieorganicznych. W dalszej kolejności naukowcy przeprowadzili wysokowydajne obliczenia mechaniki kwantowej na prototypowych strukturach w celu zbudowania kompleksowego repozytorium materiałów kwantowych zawierającego 4507 hipotetycznych hybrydowych związków halogenkowych. Spośród wszystkich hipotetycznych związków, korzystając z wydajnych algorytmów eksploracji i przesiewania danych, zespół profesora Yanga szybko zidentyfikował 13 kandydatów na materiały do wytwarzania ogniw słonecznych i 23 kandydatów do konstruowania diod LED.
Idąc dalej, profesor Yang i jego zespół wykorzystują swoje wysokowydajne podejście do odkrywania nowych ogniw słonecznych i materiałów LED z innych rodzajów struktur krystalicznych. Opracowują również nowe moduły eksploracji danych, aby odkryć inne rodzaje materiałów funkcjonalnych do konwersji energii, zastosowań optoelektronicznych i spintronicznych.