Dar vienas KTU chemikų žingsnis efektyvesnių saulės elementų link

Jos panaudojimas pagerino energijos konvertavimo efektyvumą ir veikimo stabilumą šio tipo saulės baterijose.

Naujoji medžiaga – monomerinis junginys, turintis termiškai besipolimerinančių vinilo grupių, kurį susintetino KTU chemikų komanda.

Po terminės io polimerizacijossusidaro lygus ir tirpikliams atsparus trimatis polimerinis tinklas, kuris buvo panaudotas kaip skyles pernešanti medžiaga perovskitiniams saulės elementams konstruoti.

„Šio monomero darinio kopolimerizacija vyksta palyginti žemoje 103 laipsnių temperatūroje, todėl šią technologiją saugu naudoti liejant sluoksnį ant perovskito, kuris neatsparus aukštesnei nei 140 laipsnių temperatūrai.

Kitas labai svarbus aspektas – polimerizacijos procesas dėl specifinės erdvinės monomero konfigūracijos vyksta neįtikėtinai greitai“, – privalumus pabrėžia viena iš išradimo autorių KTU Cheminės technologijos fakulteto doktorantė Šarūnė Daškevičiūtė.

Naudojant šį junginį gauti perovskitiniai saulės elementai gali padėti išspręsti kai kuriuos iššūkius, kylančius naudojant kitas medžiagas, taip užtikrindami geresnį elementų stabilumą bei efektyvesnį energijos konvertavimą.

Kaip pabrėžia išradėjai, dėl šių priežasčių bei nebrangaus gamybos proceso viliamasi, jog perovskitiniai saulės elementai ateityje taps pagrindine fotovoltinės technologijos rūšimi.

Medžiaga turi didelį rinkos potencialą

Naujos kartos saulės baterijos gali turėti dvi architektūrines struktūras – įprastą (n-i-p) ir invertuotą (p-i-n). Pastarosiose skyles pernešančios medžiagos sluoksnis liejamas pirmiau šviesą sugeriančio perovskito sluoksnio.

Iki šiol geriausi įprastos struktūros perovskitinių saulės elementų parametrai buvo pasiekti su gerai ištirtu p tipo puslaidininkiu kodiniu pavadinimu Spiro-OMeTAD.

Tačiau pastarasis nebuvo pritaikytas invertuotos struktūros prietaisuose dėl jo tirpumo, nes poliariniai tirpikliai, naudojami perovskito sluoksniui formuoti, ištirpina žemiau esantį skyles transportuojantį sluoksnį.

Iš KTU laboratorijose susintetinto spiro struktūros monomero lengvai gaunami tirpikliams atsparūs trimačiai tinkliniai polimerai, kurie gali būti naudojami abiejų tipų perovskitiniuose saulės elementuose. Taip pat naujosios medžiagos dėka įprastos struktūros saulės baterijos yra apsaugotos ir nuo nepageidaujamo išorės poveikio, pavyzdžiui, drėgmės.

„Polimerų sintezė vyksta vos 15 minučių, kaitinant monomero sluoksnius. Taip gaunamos netirpios erdvinės struktūros polimerų matricos“, – aiškina KTU Organinių puslaidininkių sintezės tyrimų grupės vyriausiasis mokslo darbuotojas profesorius Vytautas Getautis.

Mokslininkų teigimu, naujai susintetinta medžiaga turi didelį realaus panaudojimo potencialą rinkoje, todėl patento paraiška buvo pateikta ES, JAV ir Japonijos patentų biurams.

Bendradarbiaujama su Japonijos mokslininkais

KTU chemikai pabrėžia, kad pasiekti rezultatai yra sėkmingo Lietuvos ir Japonijos mokslininkų bendradarbiavimo rezultatas.

„Jau kelerius metus mūsų tyrimų grupė bendradarbiauja su Kioto universiteto profesoriaus Atsushi Wakamiya grupe, kuri yra gerai žinoma tarp perovskitinių saulės elementų tyrėjų ne tik Japonijoje, bet ir visame pasaulyje. Būtent jie sukonstravo ir charakterizavo perovskitinius saulės elementus, kuriuose naudojami mūsų susintetinti p tipo organiniai puslaidininkiai“, – sako profesorius V. Getautis.

Šių puslaidininkių elektrines savybes ištyrė ilgametis KTU chemikų partneris Vilniaus universiteto profesorius Vygintas Jankauskas.

Prof. V. Getaučio vadovaujama KTU mokslinių tyrimų grupė yra atsakinga už daugybę inovacijų saulės technologijų srityje. Tarp jų – susintetinti junginiai, kurie savaime susirikiuoja į molekulės plonumo sluoksnį, veikiantį kaip skyles pernešanti medžiaga, kuri buvo panaudota konstruojant rekordinius silicio-perovskito saulės elementus.

Prof. V. Getaučio teigimu, iš visų atsinaujinančių energijos šaltinių saulės energija turi didžiausią potencialą, tačiau yra mažiausiai išnaudojama. Džiugina tai, jog dėl naujų tyrimų ši sritis vystosi geometrine progresija. Apskaičiuota, kad iki 2050 metų maždaug pusė pasaulyje suvartojamos elektros energijos bus pagaminama iš Saulės.

„Saulės energija yra visiškai žalia – ji neteršia aplinkos, o įrengtiems saulės energijos parkams nereikia skirti daug priežiūros. Atsižvelgiant į dabartinius įvykius ir energetikos krizę, vis daugiau žmonių domisi galimybe įsirengti saulės elektrines savo namuose arba įsigyja saulės parko dalį, kad galėtų apsirūpinti elektros energija savo poreikiams. Tai – energetikos ateitis“, – sako prof. V. Getautis.

Aprašytasis tyrimas paskelbtas žurnale " Applied Materials & Interfaces", o susipažinti su juo galima čia.