Lietuvos mokslininkų išradimas – saulės technologijų proveržio smaigalyje

Pasak neseniai prestižiniame „Science“ išspausdinto straipsnio bendraautoriaus, naujausias publikuotas tandeminių perovskitinių saulės elementų rekordas yra 32,5 procentai. Moksliniame straipsnyje, kurio vienas iš autorių yra ir Kauno technologijos universiteto (KTU) tyrėjas A. Magomedov, skelbiami silicio-perovskito tandeminių elementų patobulinimai, kurie leido to pasiekti.

„Tandeminiuose saulės elementuose – daugiau nei dešimt sluoksnių, tad užtikrinti jų sklandų veikimą technologiškai labai sudėtinga. Kuriant tokius saulės elementus dalyvauja labai daug tyrėjų. Pavyzdžiui, mūsų mokslo grupė atsakinga už vieną iš sluoksnių, sudarytą iš skyles pernešančių medžiagų“, – aiškina A. Magomedov.

Dar 2018 m. pabaigoje grupė KTU chemikų susintetino medžiagą, kuri savaime suformuoja molekulės storio sluoksnį, dar vadinamą monosluoksniu, lygiai padengiantį įvairius paviršius. Naudojant šią medžiagą buvo sukurti jau keli ypač efektyvūs saulės elementai. Pasak šio išradimo vieno iš autorių A. Magomedov, KTU inovacija tapo įprasta tarp naujausias saulės technologijas kuriančių mokslininkų.

„Mūsų sukurtas medžiagas taiko mokslo grupės visame pasaulyje, apie jų taikymą išgirsti kone kiekviename šios tematikos konferencijų pranešime“, – sako A. Magomedov.

Naujos kartos saulės elementų dar teks palaukti

Neseniai pasirodęs straipsnis – jau antra A. Magomedov kartu su bendraautoriais rengta „Science“ publikacija ir savotiškas ankstesniojo straipsnio tęsinys, kuriame pasiūlomas iškilusio iššūkio sprendimas.

„Nors mūsų sukurta medžiaga padeda pasiekti aukščiausio efektyvumo, ant jos sudėtinga formuoti kitą sluoksnį. Po ankstesnio mūsų straipsnio „Science“ žurnale pasirodymo, sulaukėme daug dėmesio ir komentarų apie tai, kaip mūsų medžiaga „elgiasi“ skirtinguose kontekstuose. Dabartinėje publikacijoje mes parodome vieną iš būdų, kaip galima spręsti iškilusias problemas“, – teigia A. Magomedov.

Detaliau apie KTU mokslo grupės pasiūlytą patobulinimą, kuris, kartu su kitų visame pasaulyje dirbančių mokslininkų pasiūlytais sprendimais, leido sukonstruoti ypač aukšto efektyvumo tandeminį saulės elementą, galima paskaityti moksliniame straipsnyje. Šis saulės elementas buvo sukurtas prof. Steve Albrecht vadovaujamos mokslo grupės iš Helmholtz Zentrum Berlin Vokietijoje.

Šiandien naudojamų silicio saulės elementų aukščiausias potencialus efektyvumas tėra 29 proc.; dėl klimato kaitos sukeltos krizės pasauliui alternatyvios energijos šaltinių reikia vis daugiau. Tandeminius saulės elementus sudaro dviejų tipų fotoaktyvieji sluoksniai – ant silicio klojamas perovskitas. Silicio elementas surenka raudoną ir infraraudonąją šviesą, o perovskito – mėlyną regimojo spektro dalį, taip padidinant saulės elemento efektyvumą. Vis dėlto, pasak A. Magomedov, dar užtruks, kol naujosios kartos saulės elementai pakeis šiandien įprastus.

„Teoriškai, elektra, pagaminama tandeminių elementų, būtų pigesnė, nes papildomai naudojamos medžiagos yra pigios. Tačiau praktiškai – galutinis komercinis produktas neegzistuoja, technologiniai procesai nepritaikyti masinei gamybai. Be to, pats elementas, kuris kol kas kuriamas tik laboratorijose, taip pat kelia neatsakytų klausimų. Pavyzdžiui, ne visos medžiagos tinka masinei gamybai, vadinasi, reikia ieškoti alternatyvų“, – aiškina KTU mokslininkas.

Pasak jo, kol kas vienas iš didžiausių iššūkių šių elementų gamyboje yra jų stabilumas. Tikimasi, kad saulės elementai veiks 25 metus, ir per tą laiką praras 10 proc. savo efektyvumo. Vis dėlto, ištestuoti tokį ilgą laiką sudėtinga, todėl tikslaus atsakymo, kaip naujosios kartos saulės elementai dėvėsis, nėra.

Mokslininkams iš KTU ilgai prisistatinėti nebereikia

Cheminių medžiagų saulės technologijoms sintezė ir analizė – A. Magomedov tema nuo pat bakalauro studijų pradžios, į kurią jis paniro prisijungęs prie KTU profesoriaus Vytauto Getaučio vadovaujamos mokslo grupės. Atsiradus naujų medžiagų saulės elementams poreikiui, talentingi chemikai išnaudojo savo kompetencijas ir įsitvirtino atsivėrusioje nišoje, sulaukdami tarptautinio pripažinimo.

„Esame turbūt labiausiai specializuota mokslo grupė pasaulyje“, – juokauja A. Magomedov.

Jo teigimu, pasiekti geri rezultatai motyvuoja, atsiranda įdomių bendradarbiavimo perspektyvų, atsiveria naujos tyrimų galimybės. Džiugu prisidėti prie pasaulinio masto mokslo proveržio. Be to, pasak A. Magomedov, saulės technologijų vystymas yra labai aktuali tema šiuolaikinio pasaulio kontekste, o išradimai gali būti taikomi plačiai.

„Žiūrint plačiai – mes dirbame su naujosios elektronikos prietaisais, kurių taikymas labai platus. Na, o pačioje saulės technologijų temoje, žinoma, neišvengiamai artėja saulės energijos kaupimo, akumuliatorių tematika“, – sako A. Magomedov.

Šiuo metu prof. V. Getaučio vadovaujama KTU chemikų mokslo grupė dalyvauja projekte, kurio tikslas – sukurti pilotinę tandeminių silicio-perovskito saulės elementų gamybos liniją, ieško būdų, kaip pritaikyti sukurtas medžiagas kitoms, pavyzdžiui, šviestukų, technologijoms. Lygiagrečiai, gilinamasi ir į fundamentalius klausimus – pavyzdžiui, kodėl laboratorijoje sukurti puslaidininkiai veikia būtent tokiu būdu.

Mokslinės publikacijos tokio aukšto lygio žurnaluose kaip „Science“ ar „Nature“ grupės žurnaluose – KTU tyrėjams ne naujiena. Pasak A. Magomedov, paminėjimas prestižiniame mokslo leidinyje ne tik suteikia asmeninės pergalės jausmą, bet ir atveria pasaulinį žinomumą. Tarptautinis bendradarbiavimas, įsitraukimas į mokslines veiklas tampa daug paprastesnis.

„Nebereikia ilgai prisistatinėti, mūsų darbai matomi ir to užtenka“, – teigia A. Magomedov, vienas iš išradimo, taikomo rekordinio efektyvumo saulės elementuose, autorių.

KTU informacija