Saulė – pats galingiausias energijos šaltinis. Saulės energijos vertimui į elektros energiją naudojami saulės elementai (SE). Tinkamai ištobulinus SE, galima visiškai patenkinti visuomenės energijos poreikį. Per pastaruosius penkerius metus hibridiniai kietos būsenos SE, ypač, veikiantys perovskitų pagrindu, tapo didelio susidomėjimo objektu kuriant naujos kartos SE, kurių efektyvumas jau viršijo 23%. Šie elementai pasižymi konstrukcijos paprastumu bei sąlyginai pigiomis žaliavomis, lyginant su komerciniais silicio SE. Šioje srityje intensyviai darbuojasi kelios dešimtys žinomų kompanijų, kurios konstruoja bei optimizuoja SE. Šiame procese išbandomi žinomi puslaidininkiai bei kuriamos ir patentuojamos naujos medžiagos, kurių poreikis kasmet sparčiai auga. Nors per pastaruosius penkerius metus perovskitiniai SE pasiekė rekordinius efektyvumus (nuo 3,8% iki 23,2 % ) jų komercializavimui yra keletas kliūčių. Projekto metu bus sintetinamos savitvarkios krūvius transportuojančios molekulės, kurios p-i-n struktūros perovskitiniuose saulės elementuose suformuotų monosluoksnius tiek ant skaidraus laidaus elektrodo, tiek ir ant perovskito paviršiaus.
Projekto finansavimas:
Lietuvos mokslo tarybos parama moksliniams tyrimams, Mokslininkų grupių projektai
Projekto rezultatai:
Projekto vykdymo metu buvo atlikti PSE stabilumo tyrimai ir aptiktas legiruotų skyles transportuojančių junginių (STM) jautrumas jodido jonams, difundavusiems iš perovskito. Siūlomas problemos sprendimas krūvį pernešančias medžiagas gebančias formuoti SAM, vienu metu galima išspręsti tiek stabilumo (nereikia legiravimo), tiek STM laidumo (labai plonos plėvelės, todėl nereikia didelio laidumo) problemas. Projekto įgyvendinimo metu buvo sintetinti ir sėkmingai perovskitiniuose saulės elementuose pritaikyti nauji p-tipo puslaidininkiai formuojantys savitvarkius monosluoksnius. Jie gali būti padengiami naudojant paprastas metodikas, tokias kaip substrato merkimas į tirpalą ir sluoksnio formavimas panaudojant išcentrinę jėgą (spin-coating). Abejais atvejais gaunami labai geromis charakteristikomis pasižymintys PSC, o pats metodas užtikrina gerą atsikartojamumą ir lengvai gali būti pritaikomas didesnio masto gamyboje. Įrenginiai su SAM efektyvumu, stabilumu ir universalumu lenkia analogus naudojančius polimerą PTAA – medžiagą, kuri iki šiol leido pasiekti geriausius rezultatus p–i–n architektūros PSC. SAM junginiai buvo tiriami ne tik paprastuose, bet ir tandeminiuose įrenginiuose, CIGSe/perovskias tandeminis saulės elementas pademonstravo sertifikuotą 24,16% našumą, o c-Si/perovskitas 29,15% ir viršijo prieš tai skelbtus pasaulio rekordus (atitinkamai 22,4% ir 28%). Taip pat svarbu paminėti, kad SAM medžiagas naudojantys saulės elementai buvo pagaminti be papildomų tarpsluoksnių, priedų ar legirantų. Sėkmingi bandymai su CIGSe/perovskias tandeminiais saulės elementais taip pat atskleidžia ir kitą SAM technologijos privalumą, t.y. šie monosluoksniai gali būti sėkmingai formuojami ant šiurkščių arba tekstūruotų paviršių, kas yra be galo svarbu norint pritaikyti šias medžiagas įvairių architektūrų tandeminiuose įrenginiuose. Gauti rezultatai akivaizdžiai demonstruoja sukurtos SAM metodikos potencialą sujungti visas būtinas savybes (efektyvumas, stabilumas, paprasta sintezė ir sluoksnių formavimas) reikalingas našiam skylių transportavimo sluoksniui perovskitiniuose saulės elementuose.
Taip pat projekto įgyvendinimo metu buvo sintetinti n-tipo SAM puslaidininkiai, bei pirmą kartą sukonstruoti PSC su skyles bei elektronus pernešančiais savitvarkiais monosluoksniais. Nors tokių įrenginių našumas kol kas nėra optimalus, tačiau jis teikia vilčių, kad ateityje atlikus papildomus struktūros ir energetinių lygmenų optimizavimo darbus galima tikėtis daug geresnių rezultatų. Projekto tyrimo rezultatus atspindi paskelbtos publikacijos aukštą reitingą turinčiuose žurnaluose Energy Environ. Sci. (Q1, IF=30,2), Adv. Energy Mater. (Q1, IF=25,2), Adv. Funct. Mater. (Q1, IF=18,81), Science (Q1, IF=47,73). Projekto metu gauti labai geri rezultatai leido pradėti patentavimo procesą, Vokietijos patentas (DE102019116851B3), WIPO patentinė paraiška (WO2020254665A1). Junginiai gauti tyrimų metu sėkmingai komercializuoti Europoje Švedijos kompanijos Dyenamo ir Japonijoje, kompanijos Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2019-05-20 - 2022-06-30
Projekto koordinatorius: Kauno technologijos universitetas
