Simulan con superordenadores el funcionamiento de células solares

La energía solar se ha convertido en una popular fuente renovable de electricidad en todo el mundo, con el silicio como fuente primaria debido a su eficiencia y estabilidad. Debido al costo relativamente alto del silicio, las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas (HOIP) han surgido como una opción de menor costo -y altamente eficiente- para la energía solar, según un estudio reciente de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia (Georgia Tech).

El nombre de perovskita no solo se refiere a un mineral específico (CaTiO3) que se encuentra en los montes Urales de Rusia, sino también a cualquier compuesto que comparta su estructura. La búsqueda de perovskitas estables, eficientes y seguras para el medio ambiente ha creado una vía activa en la investigación actual de materiales, con nuevos hallazgos del Georgia Tech basados en simulaciones hechas en el ordenador Comet, en el Centro de Supercomputación de San Diego (SDSC) y en el Stampede2, en el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC).

Sin embargo, la presencia de plomo en los candidatos más prometedores de perovskita, halogenuros de plomo de metilamonio y formamidinio, ha suscitado preocupación. Además, estos materiales han demostrado ser inestables bajo ciertas condiciones ambientales.

Los investigadores del Georgia Tech trabajaron con colegas de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hanoi, en Vietnam, para crear simulaciones que identificaron cuatro perovskitas sin plomo como candidatos prometedores para materiales de células solares. Dos de ellas ya han sido sintetizadas y las otras dos se recomiendan para investigaciones posteriores.

Se simularon cuatro perovskitas sin plomo usando la supercomputadora Comet en el Centro de Supercomputación de San Diego y Stampede2 en el Centro de Computación Avanzada de Texas. Estas simulaciones muestran que estos materiales exhiben características prometedoras para las aplicaciones de energía solar. Ahora están siendo sintetizados para una posterior investigación. (Foto: H. Tran et al (Georgia Institute of Technology), V. Ngoc Tuoc (Hanoi University of Science and Technology))

"Esta investigación se basó en cálculos a gran escala, un primer paso en nuestro plan general, que comienza mostrando simulaciones de este espacio químico de HOIPs", dijo Huan Tran, profesor de ciencia e ingeniería de materiales del Georgia Tech y coautor de un artículo que fue publicado a principios de este año en la revista The Journal of Chemical Physics.

"A continuación, usaremos las simulaciones en los superordenadores para colaborar con expertos experimentales que puedan sintetizar y probar los HOIPs predichos; ningún ordenador personal puede manejar este nivel de cómputo. Por lo tanto, las supercomputadoras XSEDE son un aspecto críticamente importante de nuestro proyecto".

Tran y el coautor Vu Ngoc Tuoc, profesor de física teórica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hanoi, confiaron en gran medida en Comet y Stampede2 para los cálculos a gran escala que les permitieron llevar a cabo sus investigaciones con un nivel de detalle mucho mayor.

También confiaron en el personal de apoyo del SDSC y el TACC para ayudar cuando fuera necesario. "El apoyo técnico proporcionado por ambos grupos fue simplemente excelente, ya que nos ayudaron a resolver nuestros problemas de manera muy eficiente y rápida", dijo Tran. (Fuente: NCYT Amazings)