Saulės energijos revoliucija: Chemnitz technologijos universitetas tiria organines ląsteles!

Saulės energijos revoliucija: Chemnitz technologijos universitetas tiria organines ląsteles!

Organinių saulės elementų tyrimai pastaraisiais metais įgavo pagreitį, ypač Chemnitz technologijos universitete, kur prof. dr. Carsten Deibel vadovaujama komanda intensyviai dirba didindama šių technologijų efektyvumą. Čia pagrindinis dėmesys skiriamas lėtų krūvininkų, atsakingų už didelį transporto pasipriešinimą, supratimui. Šis reiškinys turi įtakos ir užpildymo koeficientui, ir bendram saulės elementų veikimui. Šio tyrimo rezultatai skelbiami žinomuose žurnaluose, tokiuose kaip „Fizikos pažangos ataskaitos“ ir „Pažangios energijos medžiagos“, kad mokslo bendruomenė gautų naujų įžvalgų.

Tarpdisciplininis bendradarbiavimas yra esminė šios pažangos dalis. Būdami DFG tyrimų grupės „Printed & Stable Organic Photovoltaics with non-fullerenacceptors – POPULAR“ dalis, ekspertai iš kelių Vokietijos ir Didžiosios Britanijos universitetų dirbo prie projektų, kurie finansuojami maždaug penkiais milijonais eurų. Šios grupės tikslas – tobulinti ir optimizuoti organinius saulės elementus masinei gamybai.

Organinių saulės elementų vaidmuo

Organiniai saulės elementai, sudaryti iš vienodų organinių cheminių medžiagų, ypač angliavandenilių junginių, tokių kaip plastikas, turi keletą pranašumų, palyginti su įprastomis technologijomis. 2018 m. rugpjūčio mėn. jų efektyvumas siekė 17,3%, o tai yra mažesnis nei neorganinių saulės elementų, tačiau išsiskiria ekonomiškai efektyviais ir universaliais gamybos procesais. Pirmuosius organinius saulės elementus Ching W. Tang sukūrė 1985 m., o jų sluoksniuose vis dar naudojami konjuguoti polimerai ir fullerenai.

Vienas iš didžiausių iššūkių yra lėtas krovinių laikiklių judėjimas. Šias problemas galima išvengti naudojant donoro-akceptoriaus sistemą, kuri leidžia greitai perkelti krūvį. Aktyvus šių elementų sluoksnis nusodinamas ant skaidraus, laidžiojo elektrodo, kuris maksimaliai sugeria šviesą, o metalinis elektrodas surenka surinktus krūvininkus kitoje sluoksnio pusėje.

Inovacijos ir iššūkiai

Be mokslinių tyrimų Chemnitz technologijos universitete, tokios institucijos vykdo veiklą Fraunhoferio saulės energijos sistemų institutas naujoviški organinių saulės elementų gamybos metodai. Jie dirba su pigesnėmis ir ekologiškesnėmis medžiagomis, kurios yra prieinamos komerciniam naudojimui. Lanksčių, lengvų skaidrių elementų kūrimas galėtų atverti novatoriškas taikymo sritis, pavyzdžiui, kaip integruotus sprendimus langų sistemose arba žemės ūkio apsaugines plėveles, kurios užtikrina apsaugą ir prisideda prie energijos gamybos.

Nors pastaraisiais metais organinė fotoelektra padarė pažangą, ilgalaikis stabilumas išlieka viena iš pagrindinių kliūčių jos komerciniam proveržiui. Tokios įmonės kaip „Heliatek“ buvo įkurtos siekiant įtraukti šias technologijas į masinę gamybą, tačiau vis dar reikia tobulinti šių elementų tarnavimo laiką ir efektyvumą saulės šviesoje. Norint sukurti stabilią organinių saulės elementų rinkos aplinką, reikia ne tik technologinių patobulinimų, bet ir ekonominių strategijų, leidžiančių sumažinti išlaidas.

Dabartiniai pokyčiai rodo, kad gyvybingumas ir novatoriškumas organinės saulės energijos srityje tampa vis svarbesni. Tyrimų projektai ir įmonės stengiasi įveikti iššūkius ir taip suvokti šios technologijos pranašumus platesniam pritaikymui.