Algoritma Komputer Mencari Bahan Baru untuk Sel Surya Organik yang Lebih Baik

Bahan organik, berbasis karbon, sudah terlihat digunakan secara luas dalam tampilan hari ini, tetapi mereka juga merupakan bahan yang menjanjikan untuk sel surya baru. Namun, menyesuaikan sifat mereka memakan waktu dan membutuhkan sintesis dan karakterisasi kimia yang ekstensif.

IMAGESGambar: i.ytimg.com

Sebuah protokol simulasi baru kini telah dikembangkan di Institut Max Planck untuk Penelitian Polimer yang menggabungkan blok bangunan molekuler yang sudah dikenal untuk membentuk struktur baru dan menghubungkannya dengan efisiensi sel surya dan dengan demikian dapat menyederhanakan proses pengembangan secara signifikan.

Sel surya organik dapat berperan penting dalam transisi menuju energi terbarukan. Namun, rute sintetis yang murah dan efisiensi sel yang tinggi berperan penting dalam membantu transisi ini. Penemuan kelas material baru, yang dikenal sebagai "akseptor non-fullerene," menyediakan rute sintetis yang hemat biaya dibandingkan dengan sel surya silikon yang lebih tradisional, sambil memberikan efisiensi yang lebih tinggi daripada sel surya organik pertama.

Desain bahan "akseptor non-fullerene" ini dengan sifat yang disesuaikan untuk digunakan dalam sel surya masih menimbulkan tantangan. Metodologi desain berbasis simulasi baru untuk menyederhanakan prosedur ini kini telah dikembangkan dalam kelompok Denis Andrienko, departemen Kurt Kremer di Institut Max Planck untuk Penelitian Polimer, dan rekan-rekannya. Metodologi desain memanfaatkan sel surya organik yang sudah dikenal dengan efisiensi tinggi dengan membaginya menjadi beberapa blok bangunan. Fragmen ini terdiri dari komponen molekul pemberi elektron atau penerima elektron, yang disebut "akseptor" dan "donor." Blok pembangun donor dan akseptor dari sel surya yang diketahui berbeda dapat digabungkan untuk menghasilkan molekul "akseptor non-fullerene" baru untuk digunakan dalam sel surya.

“Merupakan tantangan untuk memilih yang tepat dari sejumlah besar senyawa molekuler yang ada – itulah sebabnya kami menggunakan metode kami untuk mengakses sel surya yang sudah ada dan menggabungkan komponen molekulnya untuk membuat sel surya baru,” kata Kun-Han Lin, rekan penulis studi.

Algoritme desain mencakup batasan yang mengurangi jumlah kemungkinan molekul “akseptor non-fullerene” – seperti simetri molekul, momen kuadrupol, energi ionisasi, dan afinitas elektron. Misalnya, dalam kasus di mana kombinasi akseptor-donor-akseptor digunakan, dua blok penyusun akseptor selalu dari jenis yang sama.

Metodologi desain ini sudah menunjukkan harapan dan membantu memprediksi efisiensi sel surya sebelum bahan benar-benar disintesis.

“Kami sangat senang ketika kami menyadari bahwa metode kami berhasil: dari 12 sel surya yang diprediksi efisien, 10 telah diproduksi, dan sangat efisien,” kata Andrienko.

Mereka telah menerbitkan karya mereka di jurnal terkenal Advanced Energy Materials.