KTU mokslininkai pasiūlė, kaip prailginti naujos kartos saulės elementų gyvavimo trukmę

Mokslininkai nuolat ieško galimybių, kaip saulės energiją išnaudoti kuo pigiau ir efektyviau. Neseniai grupė Kauno technologijos universiteto (KTU) chemikų, kartu su Vilniaus universiteto (VU) ir Šveicarijos Federalinio technologijų instituto Lozanoje fizikais, nustatė priežastį, kodėl laikui bėgant mažėja perovskitinių saulės elementų efektyvumas, ir pasiūlė veiksmingus problemos sprendimo būdus.

Perovskitiniai saulės elementai sulaukia nemažai susidomėjimo dėl pigių medžiagų ir sąlyginai paprasto gamybos proceso, tačiau šie naujos kartos saulės elementai vis dar yra tik pakeliui į rinką. Tai lemia nepakankamas šių elementų stabilumas ir sąlyginai trumpas veikimo laikas.

KTU Chemijos technologijos fakulteto (CTF) profesoriaus Vytauto Getaučio teigimu, to priežastis – skirtingas funkcijas atliekančių medžiagų, iš kurių sudarytas saulės elementas, sąveika. KTU chemikai pirmą kartą atkreipė dėmesį į organinio puslaidininkio ir priedo, naudojamo saulės elementų veikimui pagerinti, cheminę reakciją.

„Iškėlėme hipotezę, jog 4-tret-butilpiridinas, kuris yra vienas iš įprastai naudojamų priedų perovskitinių saulės elementų efektyvumui gerinti, reaguoja su p-tipo organiniais puslaidininkiais. Dėl šios reakcijos, saulės elemento efektyvumas mažėja, nes susiformuoja mažesnio laidumo medžiagos – piridino – dariniai, o tai sutrumpina elemento gyvavimo trukmę“, – paaiškina prof. V. Getautis.

Pirmiausia, KTU chemikai susintetino ir identifikavo šiuos piridino darinius, kurie potencialiai galėtų mažinti veikimo efektyvumą. Tuomet Šveicarijos Federalinio technologijų instituto fizikų komanda, vadovaujama profesoriaus Mohammado Khaya Nazeeruddino, patvirtino tokių produktų buvimą senuose perovskitiniuose saulės elementuose ir įrodė neigiamą jų poveikį jų gyvavimo trukmei.

„Kelių mėnesių senumo elementuose šių produktų koncentracija yra labai maža. Tačiau pats kenksmingų medžiagų aptikimas po jų eksploatavimo paaiškino prietaiso efektyvumo sumažėjimą, o tai atveria naujas galimybes kurti ilgalaikius ir stabilius perovskitinius saulės elementus“, – sako V. Getautis.

Mokslininkai pateikia keletą šios problemos sprendimo būdų. Vienas jų – naudoti mažiau reaktingus, prie azoto atomo turinčius šakotos struktūros funkcines grupes, piridino darinius. Kita numatoma galimybė – pakeisti puslaidininkių molekulinę struktūrą taip, kad jie nereaguotų su 4-tret-butilpiridinu.

KTU mokslininkų atradimai buvo publikuojami straipsnyje „Pyridination of hole transporting material in perovskite solar cells questions the long term stability“. Šią publikaciją prestižinio leidinio Journal of Chemical Materials C redakcijos recenzentai priskyrė „HOT PAPER“ (liet. karštų straipsnių) kategorijai.