Taikomoji chemija: ateities technologijos – saulės elementai

Svarbiausios | 2020-07-30

Ar teko girdėti, kad Lietuvių ir vokiečių mokslininkai, kartu kuriantys tandeminius saulės elementus, pasiekė naują efektyvumo rekordą? Jų sukurtas saulės elementas elektros energiją paverčia 29,15 proc. krintančios šviesos. Daugiau apie tai pasakoja šios tyrimo grupės vadovas, KTU Cheminės technologijos fakulteto (CTF) profesorius Vytautas Getautis.

Šių elementų efektyvumo padidinimas – daugelio mokslo grupių iš viso pasaulio tyrimų objektas

„Perovskitiniai tandeminiai elementai yra saulės energijos ateitis. Jie efektyvesni už šiandien naudojamus monokristalinio silicio saulės elementus. Be to, galima panaudoti jau esančius silicio saulės elementų gamybinius pajėgumus“, – teigia KTU CTF profesorius Vytautas Getautis.

Visgi ne visiems žinoma, kas yra tandeminiai saulės elementai. Pasak V. Getaučio, tai keli prietaisai sujungti į vieną, tikslu gauti geresnį jų atliekamos funkcijos suminį rezultatą. Konkrečiai kalbant apie naujos kartos saulės elementus, turinčius tandeminę struktūrą, dažniausiai turima omenyje fotovoltinį elementą, kurį sudaro „tradicinis“, seniai komercializuotas silicio elementas, kuris komplektuojamas su į rinką sparčiai besiveržiančiu perovskitiniu elementu. Šis tandemas užtikrina efektyvesnę saulės energijos konversiją į elektros energiją, negu kiekvienas iš šių elementų individualiai (atskirai).

Šių elementų efektyvumo padidinimas – daugelio mokslo grupių iš viso pasaulio tyrimų objektas. „Iš tiesų silicio/perovskito tandeminių saulės elementų tyrimai atliekami lygiagrečiai su perovskitinių elementų daugelyje mokslo grupių visame pasaulyje dėl kelių priežasčių.

Šis tandemas jau pasiekė rekordinį 29,2 % Saulės energijos konversijos efektyvumą, o tai yra daugiau už komercinių silicio elementų našumą (~20 %) bei šiuo metu komercializuojamų perovskitinių saulės elementų (25,2 %). Kita, labai svarbi priežastis – vystant šiuos našius prietaisus yra panaudojami jau esami silicio saulės elementų gamybos pajėgumai, o tai labai svarbu pramonei, nes nereikia labai kardinalių technologinių sprendimų, reikalaujančių milžiniškų investicijų“, – paaiškina KTU CTF prof. V. Getautis.

Sėkmingi projektai su vokiečių mokslininkais

Vokiečių HZB fizikų grupės sukonstruoti tandeminiai saulės elementai sudaryti iš silicio bei perovskito elementų, o molekules, kurios savitvarkos būdu suformuoja vienos molekulės storio fotoaktyvų sluoksnį juose, susintetino KTU tyrėjai.

„Mes sukūrėme medžiagą, kurios molekulės pačios persitvarko į vienos molekulės storio sluoksnį, lygiai padengiantį metalų oksidų paviršius. KTU susintetinta medžiaga Berlyno „Helmholtz-Zentrum“ (HZB) mokslinių tyrimų instituto fizikų buvo panaudota perovskitinio saulės elemento gamybai. Monosluoksnio įrodymui mums talkino Fizinių ir technologijos mokslų centro prof. G. Niaura su kolegomis. Šio bendradarbiavimo pasėkoje, perovskito ir silicio pagrindu sukurtas tandeminis saulės elementas siekė rekordinį 29,15 proc. efektyvumą.

Nauja technologija leidžia padengti bet kokį paviršių, net ir šiurkščius saulės elementų paviršius, kas ypač aktualu vario-indžio-galio selenido (tarptautinė santrumpa CIGS) elementų atveju. Tad nuo šiol tandeminių perovskitinių-CIGS saulės elementų efektyvumas siekia 23,26 proc. – tai taip pat pasaulinis šio tipo tandeminių elementų rekordas“, – dalijasi mokslininkas.

Jaunųjų talentų įsiliejimas į KTU mokslines veiklas

Kaip pasakoja KTU CTF prof. V. Getautis, šio projekto svarbiausiu tyrėju buvo KTU CTF doktorantas Artiom Magomedov, kuris visai neseniai sėkmingai apgynė daktaro disertaciją.

„Dar reikėtų paminėti kitą mūsų grupės doktorantą Ernestą Kasparavičių, kuris su savo moksliniu vadovu dr. Tadu Malinausku daug padirbėjo sintetinat šias monosluoksnį sudarančias molekules“, – pasakoja tyrimo grupės vadovas.

Pasak prof. V. Getaučio, abu šie doktorantai, kaip ir kiti jaunieji tyrėjai, į mokslinės grupės veiklą įsiliejo dar bakalauro studijų metais. Ir dar iki doktorantūros spėjo sudalyvauti prestižinėse tarptautinėse konferencijose, apsilankyti šiuos tyrimus vykdančiuose mokslo centruose.

„Kai kurie iš jų mokslinę veiklą pradėję mūsų mokslinėje grupėje pasirinko doktorantūrą būtent mūsų partnerių universitetuose. Norėčiau paminėti nuo rugsėjo mėnesio sugrįžusį į savąją Alma Mater Mariaus Jakulio Jason fondo stipendininką dr. Kasparą Rakštį, kuris Lozanos federaliniame politechnikos institute (EPFL, Šveicarija) apgynė daktaro disertaciją, stažavosi Australijos Kvinslando universitete. Šio doktoranto disertacija buvo pripažinta bei pelnė apdovanojimą kaip viena reikšmingiausių apgintų disertacijų tais metais EPFL“, – džiuginančiais rezultatais pasidalijo KTU profesorius.

Smalsiems studentams – visos sąlygos tobulėti

KTU Cheminės technologijos fakulteto bei integruoto mokslo, studijų ir verslo centro „Santaka“, šiuolaikinius pasaulinius standartus atitinkančia įranga aprūpintose organinės sintezės laboratorijose, kuriamos inovatyvios medžiagos, kurios išbandomos mokslo centruose, pavyzdžiui, Oksfordo universiteto prof. H. Snaith, Lozanos federaliniame politechnikos institute prof. Md. K. Nazeeruddin, Berlyno Helmholtz-Zentrum prof. S. Albrecht mokslo grupėse, kuriančiuose naujos kartos saulės elementus.

Į naujų organinių puslaidininkių kūrimą įtraukiami visų lygių studentai, kurie išmokomi sintezės abėcėlės, junginių charakterizavimo bei, kurie turi galimybę dalyvauti tarptautinių projektų vykdyme, stažuotis prestižiniuose mokslo centruose.

Taip pat šiuo metu KTU CTF prof. V. Getautis vadovauja ir projektui „Funkcinės molekulės naujos kartos saulės elementams: nuo sintezės link komercializavimo“, kuris padeda jauniems talentams įsilieti ir į KTU mokslines veiklas.

„Įvykdžius šį projektą bus sukurti efektyvūs organiniai puslaidininkiai perovskitiniams saulės elementams bei užregistruotos 3 patentinės paraiškos Europos (EPO), JAV (USPTO) bei Japonijos (JPO) patentų biuruose.

Tad čia puikios galimybės pasireikšti jauniems talentams, kurių nemažas būrys buvo įdarbintas šiame projekte. Jaunieji mokslininkai ne tik atliks mokslinius tyrimus, bet ir vyresnių kolegų globoje turės galimybę aktyviai dalyvauti išradimų patentavimo „virtuvėje“, o galbūt ir sukurtų produktų komercializavime.

Esame tikri sėkme, nes mūsų mokslinei grupei tai nėra naujiena – dviejų išradimų patentinės paraiškos jau licencijuotos. Šiuo metu KTU intelektinės nuosavybės valdymo projektų vadovė Greta Žėkienė vadovauja deryboms su Švedijos kompanija „Dyenamo“ dėl dar vienos licencinės sutarties“, – apie perspektyvas, studijuojant KTU, pasakoja mokslininkas.

Laboratorija, mėgintuvėliai ir žadą atimančios cheminės reakcijos – tikriausiai daugeliui toks vaizdinys kyla, pagalvojus apie chemiko darbą. Vis dėlto jų veiklos klodai kur kas platesni. Taikomoji chemija – tai trijų mokslų pasaulis. Studijuodami chemiją, papildomai gvildensite biologiją ir procesų inžineriją, o įgytas žinias galėsite puikiai pritaikyti kurdami inovatyvias medžiagas bei produktus. Idėjas paverskite realybe. Ar kada nors svajojote pasiūlyti rinkai savo produktus? Baigę šias studijas savo idėjas galėsite paversti realybe – gebėsite kurti inovatyvius farmacijos, kosmetikos bei higienos produktus, medžiagas LED įrenginiams ir saulės elementams.

Plačiau apie studijų programą „Taikomoji chemija“.

We are using cookies to provide statistics that help us give you the best experience of our site. You can find out more or switch them off if you prefer. However, by continuing to use the site without changing settings, you are agreeing to our use of cookies.
Sutinku