KTU sukurtos medžiagos padėjo pasiekti rekordinį tandeminių saulės elementų efektyvumą

Nuo šiol tandeminių perovskitinių-CIGS saulės elementų efektyvumas siekia 23,26 proc. – tai pasaulinis šio tipo elementų rekordas. Tokį rezultatą pasiekė grupė Kauno technologijos universiteto (KTU) chemikų drauge su Berlyno „Helmholtz-Zentrum“ (HZB) mokslinių tyrimų instituto fizikais. Viena iš sėkmės priežasčių slypi fotoaktyvaus sluoksnio formavimo metode – molekulės pačios persitvarko į plėvelę, kuri lygiai padengia bet kokius paviršius. Savitvarkės medžiagos susintetintos KTU.

Tandeminių saulės elementų efektyvumo padidinimas – daugelio mokslo grupių iš viso pasaulio tyrimų objektas. Ši technologija yra ne tik įdomi, bet ir perspektyvi – iš kelių skirtingų šviesą sugeriančių sluoksnių suformuoti elementai turi potencialą pasiekti didesnį efektyvumą nei vienasluoksniai. Tokių elementų gamybai galima naudoti ir lanksčius substratus turinčius daug technologinių ir dizaino pritaikymo galimybių.

Vokiečių HZB fizikų grupės sukonstruoti tandeminiai saulės elementai sudaryti iš perovskito bei vario-indžio-galio selenido (tarptautinė santrumpa CIGS). Kontaktinius sluoksnius tarp šių dviejų puslaidininkių sudaro organinės molekulės, kurios išsidėsto į savitvarkius monosluoksnius.

Molekules, kurios savitvarkos būdu suformuoja vienos molekulės storio fotoaktyvų sluoksnį, susintetino KTU tyrėjai. Tokia technologija leidžia padengti bet kokį paviršių, net ir šiurkščius CIGS saulės elementų paviršius.

„Viena iš pagrindinių problemų persovskitinių-CIGS tandemų gamyboje – nelygus apatinio elemento paviršius, kurį tolygiai padengti įprastais metodais yra sudėtinga. Mūsų metodas leidžia suformuoti 1–2 nm storio elektrodo sluoksnį, kuris padengia visą paviršių“, – aiškina KTU doktorantas Artiom Magomedov, vienas iš išradimo autorių.

Sukurtos medžiagos yra paprastos ir patikimos, todėl gali lengvai būti pritaikomos pramonėje. Neseniai sėkmingai baigtos derybos tarp KTU, HZB bei Japonijos bendrovės „Tokyo Chemical Industry Co. Ltd.“ dėl šių medžiagų komercializavimo; bendrovė panoro įsigyti šio išradimo licenciją.

„Tai yra ekonomiškas ir efektyvus procesas – vienos molekulės storio sluoksnis suformuojamas tiesiog substratą panardinant į tirpalą“, – teigia A. Magomedov.

Savitvarkių molekulių panaudojimą elektrodo sluoksnio formavimui KTU chemikai tyrinėja jau ne pirmus metus. KTU susintetintą medžiagą realiai veikiančiuose saulės elementų prototipuose pritaikė „Helmholtz-Zentrum“ mokslinių tyrimų instituto fizikai.

Jų pagaminto tandeminio saulės elemento iš perovskito ir CIGS nepriklausomoje laboratorijoje patvirtintas efektyvumas pasiekė 23,26 proc. Šiuo metu – tai pasaulinis rekordas. Kitas svarbus faktas – šio elemento aktyvusis plotas yra 1 cm², t.y. didesnis, nei iki šiol skelbtų perovskito-CIGS tandeminių saulės elementų.

„Plonasluoksniai tandeminiai saulės elementai yra saulės energijos ateitis – jie yra pigesni ir potencialiai daug efektyvesni. Šiuo metu komerciškai naudojamų silicio pagrindu pagamintų saulės elementų efektyvumo ribos yra beveik pasiektos. Be to, silicio ištekliai senka ir vis brangiau jį išgauti“, – teigia KTU Cheminės technologijos fakulteto profesorius Vytautas Getautis, tyrimo grupės vadovas.

KTU chemikų ir HZB fizikų sukurtų elementų intelektinei nuosavybei apsaugoti pateiktos dvi patentinės paraiškos.