清潔能源項目”的任務是尋找可用于下一代太陽能電池以及未來儲能設備的新材料。借助World Community Grid的強大計算能力,研究人員可以計算幾十萬種有機材料的電子屬性(數量是可在實驗室中測試的材料種類的數千倍),并確定最有希望用于開發低成本太陽能技術的材料。
我們生活在“能源時代”。當前以化石燃料為基礎的經濟必須為以可再生能源為基礎的未來經濟讓路,但實現這一目標卻是人類面臨的最大挑戰之一。化學通過發現具備以下特點的新材料來應對該挑戰:材料應當可以充分吸收太陽輻射,存儲太陽能以供今后使用,并在需要時可以將存儲的太陽能轉化為其他能量。
“清潔能源項目”使用計算化學,根據人們的意愿,幫助尋找最適用于提供廉價太陽能電池的有機光伏材料和燃料電池發電中所使用的高分子膜的分子,并確定如何才能最好地組合這些分子以制作這些設備。通過幫助組合搜索數以千計的可能系統,World Community Grid志愿者為實現上述目標做出了貢獻。
研究人員采用分子力學和電子結構計算,來預測有可能成下一代太陽能電池材料的分子的光學和傳輸特性。
a)第1階段執行分子力學計算:在該項目的第1階段,計算主要集中于了解假定的候選分子塊如何形成一個實體(晶體、膜、聚合體...),并預測該實體是否具備可用于太陽能電池的適當電子屬性。這些計算在該項目的第1階段中由哈佛大學Karplus小組開發的CHARMM分子力學軟件程序包執行。要了解更多信息,請參閱清潔能源項目-第1階段。
b)第2階段要執行電子結構計算:為了獲取候選太陽能材料更準確的光學、電子和其他物理屬性,將對每種候選材料進行量子力學計算。這些計算將通過Q-Chem, Inc.開發的Q-Chem量子化學軟件來執行。這項工作將生成有用的數據庫,其中包含有關大量化合物屬性的信息。此階段還將直接幫助實驗小組設計改進的太陽能電池。
World Community Grid和哈佛大學化學與化學生物系的研究人員正合作開發使用有機分子材料的高效廉價的太陽能電池,以便能夠通過可再生能源滿足未來全球的能源需求。
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