Celle solari organiche

Gli scienziati che sperano di fare il prossimo passo in avanti nel settore dell'energia rinnovabile hanno ora molte strade da esplorare. I ricercatori di Harvard questa settimana hanno pubblicato un database di più di 2 milioni di molecole che potrebbero essere utili nella costruzione di celle solari organiche per la produzione di energia rinnovabile.

Sviluppato nell'ambito del Materials Genome Initiative lanciata dell'Ufficio della Scienza e della Tecnologia della Casa Bianca, l'obiettivo del database è quello di fornire ai ricercatori un punto di partenza per aumentare l'efficienza di una tecnologia per l’energia solare che sia economica e facile da produrre.

“Uno dei problemi con le celle solari organiche è che ci sono solo una manciata di molecole che sono simili al silicio in termini di efficienza ", ha detto Alan Aspuru-Guzik, professore di chimica e biochimica. "Questa è davvero una guida per gli sperimentatori. Quello che stiamo facendo è la democratizzazione dell'accesso a questo tipo di dati nello stesso modo in cui i biologi hanno fatto con il Progetto Genoma Umano. "In molti modi, la biologia è molto più avanti della chimica in questi sforzi", ha aggiunto. "È possibile trovare online il genoma di una rana, o il genoma di un verme, ma non si possono trovare le proprietà quantistiche dei materiali molecolari. Questa banca dati fornirà l'accesso all’ 'ingrediente segreto' di questi materiali, così la gente potrà esplorare nuove idee innovative. "

I dati sono stati generati dal Harvard Clean Energy Project, in collaborazione con IBM e il gruppo di ricerca del professor Zhenan Bao presso la Stanford University. Esso utilizza la potenza di calcolo fornita da una rete di migliaia computer di donatori volontari di tutto il mondo.

L'importanza del progetto è chiara: le celle solari organiche sono molto più economiche e più facili da produrre in confronto a quelle a base di silicio. Alcune possono anche essere stampate in un processo simile a quello utilizzato dalle stampanti a getto d'inchiostro. Le celle, più leggere, possono anche essere modellate in qualsiasi forma e arrotolate in modo da renderle facilmente trasportabili. Queste caratteristiche indirizzano tali celle ad avere una maggiore possibilità come fonte di energia a buon mercato per gli oltre 2 miliardi di persone in tutto il mondo che non hanno accesso all'elettricità. “Se si desidera installare le celle solari su un edificio, esse dureranno 20 o 30 anni ", continua Aspuru-Guzik. "Ma il vero mercato di questa tecnologia è che qualcuno nel Terzo Mondo possa disporre di una fonte economica e portatile di energia a cui è possibile connettere una batteria".

“Per creare il database, ricercatori di Harvard hanno prima lavorato con gli scienziati di Stanford per definire una nuova classe di molecole basate su 26 frammenti di base che possono essere combinati in più di 3 milioni di combinazioni”, ha detto Johannes Hachmann, un ricercatore nel Dipartimento di Chimica e Biohimica di Harvard.

Il World Community Grid, un progetto fondato da IBM che utilizza calcolo distribuito volontario (tempo-macchina di scorta donato da migliaia di partecipanti in tutto il mondo), è stato scelto per contribuire a caratterizzare ogni possibilità.

“Dei 3,1 milioni di candidati, ne abbiamo caratterizzato circa 2,3 milioni, il che significa che abbiamo i loro dati di struttura elettronica", ha detto Hachmann. "Siamo in grado di collegare i dati in modelli che predicono come ogni molecola funzionerebbe per applicazioni di celle solari. Sulla base di questi risultati si evidenziano le potenzialità di ogni molecola".

“Si deve prendere la nostra classifica dei materiali come si prende quella dei composti candidati per applicazioni farmaceutiche", ha detto Aspuru-Guzik. "La classifica non è infallibile, ma piuttosto una guida per interessanti famiglie di modelli molecolari da esplorare. La consideriamo in senso statistico e sottolineaiamo i frammenti che sono obiettivi interessanti da provare per gli sperimentatori".

Oltre a identificare singole molecole con le proprietà per applicazioni solari, la banca dati consentirà agli scienziati di capire se le molecole più promettenti condividono somiglianze strutturali che consentano di usarle come migliori semiconduttori.

Andando avanti, Aspuru-Guzik ha in programma di espandere il sito in modo da farlo diventare stanza di compensazione per i dati del suo e di altri gruppi di ricerca che potrebbero essere utilizzati per sviluppare materiali per altre applicazioni, comprese le batterie di flusso di grandi dimensioni per stoccaggio di energia e transistor organici.

“L'idea di questo approccio è che siamo in grado di selezionare molto rapidamente nuovi composti tramite la rete di computer, e, auspicabilmente, trovare in essi nuovi motivi strutturali che hanno successo per applicazioni particolari ", ha continuato. "Mi piace usare l'esempio dei nanotubi che sono stati scoperti per caso, ma hanno rivoluzionato il modo di pensare alla scienza dei materiali. Questo è uno dei nostri obiettivi con questo progetto: puntare a una nuova classe di molecole o composti con notevoli potenzialità".

Ulteriori approfondimenti al link:

news.harvard.edu/gazette/story/2013/06/map-to-renewable-energy/