Revolūcija saules enerģijā: Kemnicas Tehnoloģiju universitāte pēta organiskās šūnas!

Revolūcija saules enerģijā: Kemnicas Tehnoloģiju universitāte pēta organiskās šūnas!

Organisko saules bateriju pētījumi pēdējos gados ir guvuši impulsu, īpaši Hemnicas Tehnoloģiju universitātē, kur prof. Dr. Carsten Deibel vadītā komanda intensīvi strādā pie šo tehnoloģiju efektivitātes palielināšanas. Šeit galvenā uzmanība tiek pievērsta lēno lādiņu nesēju izpratnei, kas ir atbildīgi par ievērojamu transporta pretestību. Šī parādība ietekmē gan aizpildījuma koeficientu, gan kopējo saules bateriju veiktspēju. Šī pētījuma rezultāti tiek publicēti tādos slavenos žurnālos kā “Ziņojumi par progresu fizikā” un “Advanced Energy Materials”, lai sniegtu zinātnieku aprindām jaunus ieskatus.

Starpdisciplināra sadarbība ir būtiska šī progresa sastāvdaļa. DFG pētījumu grupas “Printed & Stable Organic photovoltaics with non-fullerene acceptors – POPULAR” ietvaros eksperti no vairākām Vācijas un Lielbritānijas universitātēm ir strādājuši pie projektiem, kas tiek finansēti ar aptuveni pieciem miljoniem eiro. Šīs grupas mērķis ir uzlabot un optimizēt organiskās saules baterijas masveida ražošanai.

Organisko saules bateriju loma

Organiskās saules baterijas, kas sastāv no viendabīgām organiskām ķimikālijām, īpaši ogļūdeņražu savienojumiem, piemēram, plastmasām, piedāvā vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām tehnoloģijām. 2018. gada augustā to efektivitāte bija 17,3%, kas ir zemāka nekā neorganiskajām saules baterijām, taču izceļas ar saviem rentabliem un daudzpusīgajiem ražošanas procesiem. Pirmās organiskās saules baterijas izstrādāja Ching W. Tang 1985. gadā, un to slāņos joprojām tiek izmantoti konjugēti polimēri un fullerēni.

Viens no lielākajiem izaicinājumiem ir kravas nesēju lēnā kustība. Šīs problēmas var apiet, izmantojot donora-akceptora sistēmu, kas nodrošina ātru lādiņa pārnešanu. Šo šūnu aktīvais slānis tiek nogulsnēts uz caurspīdīga, vadoša elektroda, kas maksimāli palielina gaismas absorbciju, savukārt metāla elektrods savāc savāktos lādiņu nesējus slāņa otrā pusē.

Inovācijas un izaicinājumi

Papildus pētījumiem Hemnicas Tehnoloģiju universitātē šādas institūcijas turpina darbu Fraunhofera Saules enerģijas sistēmu institūts novatoriskas pieejas organisko saules bateriju ražošanai. Viņi strādā pie lētākiem un videi draudzīgākiem materiāliem, kas ir pieejami komerciālai lietošanai. Elastīgu, vieglu caurspīdīgu šūnu izstrāde varētu pavērt revolucionāras pielietojuma jomas, piemēram, kā integrēti risinājumi logu sistēmās vai lauksaimniecības aizsargplēves, kas gan nodrošina aizsardzību, gan veicina enerģijas ražošanu.

Lai gan pēdējos gados organiskā fotoelementa ir guvusi panākumus, ilgtermiņa stabilitāte joprojām ir viens no galvenajiem šķēršļiem tās komerciālajam izrāvienam. Uzņēmumi, piemēram, Heliatek, tika dibināti, lai šīs tehnoloģijas ieviestu masveida ražošanā, taču joprojām ir nepieciešama attīstība, lai optimizētu šo šūnu kalpošanas laiku un efektivitāti saules gaismā. Lai izveidotu stabilu tirgus vidi organiskajām saules baterijām, ir nepieciešami ne tikai tehnoloģiski uzlabojumi, bet arī ekonomiskās stratēģijas izmaksu samazināšanai.

Pašreizējie notikumi liecina, ka dzīvīgums un novatoriskais gars organiskās saules enerģijas jomā kļūst arvien svarīgāks. Pētniecības projekti un uzņēmumi cenšas pārvarēt izaicinājumus un tādējādi apzināties šīs tehnoloģijas priekšrocības plašākai pielietošanai.