Superkomputer: Zastosowania

W obecnych czasach obserwowany jest znaczący postęp w dziedzinie molekularnej i hybrydowej elektroniki, a zwłaszcza fotowoltaiki. Jedną z głównych przyczyn sprawiającą, że struktury oparte na materiałach organicznych są stosowane w ogniwach słonecznych są ich właściwości elastyczne, a także bardzo niski koszt produkcji. Jednakże ich wydajność i stabilność są znacznie gorsze niż w przypadku materiałów nieorganicznych, co sprawia, że nadal są mniej popularne. Dlatego też materiały hybrydowe składające się z części organicznej i nieorganicznej przyciągają ostatnimi czasy wiele uwagi. Podobnie do materiałów organicznych mogą być one elastyczne, jak również ich koszt produkcji jest niski. Jedną z najpopularniejszych struktur hybrydowych są perowskitowe ogniwa słoneczne, które zwróciły na siebie uwagę ze względu na znaczący wzrost wydajności w krótkim okresie czasu. Jednak zanim nastąpi komercjalizacja ogniw bazujących na materiałach organicznych, lub perowskitowych należy rozwiązać szereg problemów z długotrwałą stabilności, czy też toksycznością. Dlatego też szczegółowe zbadanie fizyki ogniw słonecznych ma fundamentalne znaczenie. Celem projektu jest zrozumienie, które mechanizmy wpływają na wydajność konwersji energii perowskitowych, jak i organicznych ogniw słonecznych.

Zjawiska fizyczne zachodzące w ogniwach słonecznych opierają się na absorbcji fotonów. Jednakże grubość warstw jest rzędu kilkuset nanometrów, co prowadzi dodatkowo do dyfrakcji-interferencji padającego światła. Dlatego w celu zrozumienia zjawisk absorbcji wykorzystywany jest model transferu macierzy, który pozwala na opis transmisji i odbicia światła w układach z warstwami o każdej grubości. Do symulacji zjawisk elektrycznych wykorzystywany jest model dryfu-dyfuzji, który pozwala na przewidywanie zjawisk zachodzących w objętości i na granicy absorbera. Symulacje przestrzenne i dynamiczne, pozwolą na dokładne zbadanie mechanizmów transportu, jak i rekombinacji nośników ładunku w badanych układach ogniw słonecznych.

Obliczenia oparte są na programach napisanych w języku C++, jak i Python. W wielu przypadkach potrzebna jest duża ilość pamięci i czasu na wykonanie obliczeń, który waha się od kilku godzin do wielu tygodni. Korzystanie z komputerów dużej mocy obliczeniowej, pozwola na skrócenie czasu obliczeniowego dzięki zrównolegleniu obliczeń numerycznych.