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Design rules for Novel Organic photoVoltaics from natural phOtosystems through computational modelling

Descrizione del progetto

Studiare la fotosintesi per migliorare le celle solari

La lotta ai cambiamenti climatici ha creato la necessità di soluzioni innovative per l’energia verde, in continua evoluzione per sostenere la transizione verso convertitori di energia più sostenibili ed efficienti. Sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto DeNOVO intende sviluppare efficienti convertitori molecolari di energia solare e far progredire la tecnologia delle celle solari ispirandosi alla fotosintesi e ai suoi meccanismi altamente efficienti. Il progetto prevede di applicare nuovi algoritmi informatici per comprendere e ottimizzare i processi quantistici intrinseci alla base della conversione dell’energia da solare a fotochimica in sistemi naturali e artificiali. Queste nuove conoscenze saranno alla base dello sviluppo di materiali avanzati e di architetture fotovoltaiche organiche migliorate.

Obiettivo

Through photosynthesis, nature has mastered the process of harvesting solar energy and converting it into vital chemical products. Carefully constructed assemblies of light-absorbing molecules, such as chlorophylls, collect light energy from the sun to generate excited species (called excitons) that can spread out among different molecules. These extended excitons travel very efficiently to specific locations where they break into charges, driving photosynthesis. What secrets enable nature to carry out these tasks so efficiently, and how can we draw inspiration from them?
Among the materials used for artificial solar energy conversion, organic solar cells made of carbon and hydrogen follow similar steps to natural photosystems and offer practical advantages: chemical tunability, flexibility, and transparency. These low-cost materials can make clean energy more widely accessible and help combat dangerous climate change. Yet, efficient molecular solar energy converters require better design strategies. DeNOVO applies state-of-the-art computation to understand and optimize the primary electronic steps in molecular photovoltaics, drawing insights from evolution's exquisite molecular design.
In synergy with the host group, which offers training on advanced multiscale algorithms, I will develop a novel method to simulate the entire process, from light absorption to charge separation, in complex systems spanning a wide range of time scales. I will model energy conversion in both well-studied and new photosystems and will implement natural system features (e.g. well-controlled morphology, reduced interfacial volume) in simplified photovoltaic architectures. These design strategies should enhance morphological stability, boost charge separation driven by enhanced quantum delocalization, and reduce energy losses. The long-term goal is to develop scientific knowledge that can support decision-making in technology development and mainstreaming of new renewable energy sources.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2023-PF-01

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Coordinatore

UNIVERSITA DI PISA
Contributo netto dell'UE
€ 172 750,08
Indirizzo
LUNGARNO PACINOTTI 43/44
56126 Pisa
Italia
Regione
Centro (IT) Toscana Pisa
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato