项目状态和成果:
Click here to view partial data from The Clean Energy Project. Ask questions about The Clean Energy Project in World Community Grid's forum.
任务
“清洁能源项目”的任务是寻找可用于下一代太阳能电池以及未来储能设备的新材料。借助 World Community Grid 的强大计算能力,研究人员可以计算数以万计有机材料的电子属性(数量远远超出可在实验室中测试的材料种类),并确定最有希望用于开发低成本太阳能技术的材料。
意义
我们生活在“能源时代”。当前以化石燃料为基础的经济必须为以可再生能源为基础的未来经济让路,但实现这一目标却是人类面临的最大挑战。化学通过发现具备以下特点的新材料来应对该挑战:材料应当可以充分吸收太阳辐射,存储太阳能以供今后使用,并在需要时可以将存储的太阳能转化为其他能量。
“清洁能源项目”使用计算化学并根据人们的意愿,帮助寻找最适用于提供廉价太阳能电池的有机光伏材料和燃料电池发电中所使用的高分子膜的分子,并确定如何才能最好地组合这些分子以制作这些设备。通过帮助我们组合搜索数以千计的可能系统,World Community Grid 志愿者为实现上述目标做出了贡献。
方法
研究人员采用分子力学和电子结构计算,来预测有可能成下一代太阳能电池材料的分子的光学和传输特性。
a) 分子力学计算:为“清洁能源项目”做出贡献的部分计算机执行分子晶体、薄膜以及分子和聚合物的混合物的分子力学计算,以研究候选材料的包装排列并预测其充电和激发能量传输属性。这些计算由哈佛大学 Karplus 小组开发的 CHARMM 分子力学软件程序包执行。
b) 电子结构计算:为获得相关光学和电子传输属性,一些连接到“清洁能源项目”的计算机将采用波函数方法(例如 Hartree-Fock 或二阶微扰理论)以及密度泛函理论进行计算。这些计算可帮助研究人员构建分子属性的数据库,再结合分子力学计算的结果,研究人员就可以确定潜在的候选材料。电子结构计算将通过 Q-Chem, Inc 开发的 Q-Chem 量子化学代码来执行。