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Búsqueda simplificada de óxidos conductores transparentes

Los óxidos conductores transparentes (OCT) conjugan la transparencia en el espectro visible con una conductividad eléctrica elevada, lo cual les convierte en un componente esencial de aplicaciones como la energía fotovoltaica o las pantallas táctiles. Sin embargo, los intentos de descubrir alternativas más económicas y con mayores prestaciones han resultado ser extremadamente laboriosos y costosos, al menos hasta el momento.
Búsqueda simplificada de óxidos conductores transparentes
El proyecto HTFORTCOS (A high-throughput computational search for new transparent conducting oxides), financiado por la UE, se ha lanzado para realizar, por vez primera, búsquedas computacionales de alto rendimiento para hallar OCT nuevos. Se ha empleado una herramienta muy potente, denominada «cálculos ab initio», con el objetivo de calcular las propiedades de los materiales a muy gran escala.

A base de calcular propiedades de miles de materiales distintos, los científicos pueden seleccionar con mayor rapidez aquellos que ofrezcan mejores perspectivas y experimentar con ellos. Afortunadamente, muchas de las propiedades más importantes de los OCT, como la transparencia y las movilidades y concentraciones de los portadores, se pueden evaluar informáticamente.

Los miembros del proyecto han evaluado dos tipos de OCT: el tipo N, que emplea electrones como portadores, y el tipo P, cuya falta de electrones crea los huecos que actúan como portadores. Mientras los OCT del tipo N están muy presentes en el mercado y proporcionan buenas prestaciones, los pocos OCT que se conocen del tipo P adolecen de una calidad muy deficiente. Ahora bien, esta falta de buenos OCT tipo P dificulta el desarrollo futuro de muchas tecnologías críticas.

El proyecto HTFORTCOS ha permitido identificar varios posibles OCT tipo P, novedosos y nunca considerados como OCT hasta ahora. A partir de una base de datos con más de cuatro mil óxidos conocidos, solamente una pequeña cantidad de los mismos ha satisfecho los criterios que determinan la bondad de un OCT tipo P. Queda así demostrada la potencia de la computación de alto rendimiento a la hora de descubrir materiales nuevos y ahorrar una cantidad de tiempo enorme.

Los investigadores pueden utilizar los resultados del proyecto HTFORTCOS para centrarse en las composiciones químicas más prometedoras que se hayan identificado mediante cálculos ab initio. Se ha identificado ya un OCT tipo P novedoso, de Ba2BiTaO6. Asimismo, los datos generados se han utilizado para revelar las reglas de diseño dirigidas a producir OCT tipo P de muy alta conductividad.

Por ejemplo, se consideran materiales con un cierto elemento en concreto (estaño 2+). Los materiales de este tipo son particularmente propicios para conformar OCT tipo P de muy alta calidad, de manera que la búsqueda de OCT tipo P de altas prestaciones ha cobrado nuevo impulso. Esta infraestructura de alto rendimiento también se ha empleado para hallar OCT tipo N novedosos dirigidos a ciertas aplicaciones de nicho.

El proyecto ha permitido desarrollar satisfactoriamente una serie de herramientas y estructuras dirigidas a realizar cálculos automáticos de las propiedades más interesantes de los OCT a partir de técnicas ab initio. Esta labor se puede ampliar a muchas aplicaciones más allá de los OCT, entre ellas los absorbedores solares, utilizados en la energía fotovoltaica, y los materiales termoeléctricos. En el marco del proyecto HTFORTCOS se investigan también materiales termoeléctricos novedosos empleando la computación de alto rendimiento.

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Palabras clave

Óxidos conductores transparentes, búsqueda computacional de alto rendimiento, cálculos ab initio, tipo N, tipo P, HTFORTCO
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