Pritaikius KTU sukurtas medžiagas pasiektas ypač aukštas organinių saulės elementų efektyvumas

Organiniai saulės elementai, kuriuose vienas iš sluoksnių yra iš KTU chemikų sukurtos medžiagos, pasiekė 18,4 proc. efektyvumą. Šis artimas rekordui pasiekimas rodo, kad KTU mokslininkų grupės išradimas – medžiagos, kurios savaime suformuoja vienos molekulės storio sluoksnį – yra pritaikomas įvairioms technologijoms.

Organiniai saulės elementai gaminami iš organinių medžiagų, kurios daugiausią sudarytos iš anglies, vandenilio, deguonies, azoto ar sieros atomų. Žaliavos, naudojamos jų gamyboje yra pigios ir lengvai perdirbamos. Tačiau, nors organiniai fotovoltiniai elementai yra lengvesni, lankstesni ir yra paprasčiau gaminami, jų efektyvumas mažesnis nei kitų fotovoltinių technologijų, įskaitant silicio, perovskitinius ir tandeminius saulės elementus. Mokslininkų grupės visame pasaulyje siekia didinti organinių saulės elementų našumą.

2018 m. pabaigoje grupė Kauno technologijos universiteto (KTU) chemikų susintetino medžiagą, kuri  savaime suformuoja molekulės storio sluoksnį, dar vadinamą monosluoksniu, lygiai padengiančiu įvairius paviršius.

„Įvedus pokyčius į medžiagos struktūrą ją galime adaptuoti  skirtingoms saulės technologijoms, taip pasiekiant didesnį jų efektyvumą. Tačiau revoliucinė mūsų pasiūlyta sluoksnių gamybos technologija išlieka ta pati: vienos molekulės storio sluoksnis suformuojamas tiesiog paviršių panardinant į tirpalą. Tai nebrangi, efektyvi ir lengvai pritaikoma technologija“, – sako KTU tyrėjas dr. Artiom Magomedov, vienas iš išradimo autorių.

Bendradarbiavo Lietuvos ir Saudo Arabijos mokslininkai

Pirmiausia savitvarkės medžiagos buvo panaudotos silicio/perovskito ir CIGS/perovskito tandeminiuose saulės elementuose; jos padėjo pasiekti rekordinio šių elementų efektyvumo. Patentuotą medžiagą įsigiję KAUST universiteto (Saudo Arabija) tyrėjai, vadovaujami profesoriaus Thomas Anthopoulos ją panaudojo organiniuose saulės elementuose.

„Pernai pastebėjome KAUST universiteto tyrėjų straipsnį, kuriame jie aprašė pasiektą labai aukštą organinių saulės elementų efektyvumą. Šiems elementams pagaminti jie naudojo mūsų susintetintą medžiagą. Susisiekėme su mokslininkais ir pasiūlėme bendradarbiauti. Siekdami geriau pritaikyti medžiagą organiniams saulės elementams atlikome kelis pakeitimus“, – sako dr. A. Magomedov.

Dėl pandemijos Lietuvos ir Saudo Arabijos mokslininkų bendravimas vyko nuotoliniu būdu – susintetintos medžiagos iš KTU buvo išsiųstos paštu, organiniai saulės elementai buvo sukonstruoti ir jų savybės įvertintos KAUST laboratorijose.

Organiniai saulės elementai, kuriuose buvo panaudotos savitvarkės KTU sukurtos medžiagos, pasiekė 18,4 proc. efektyvumą, o tai yra vienas aukščiausių organinių saulės elementų efektyvumas. Be to, sukonstruotas elektrodas – chemiškai stabilus, o pašalinus savitvarkės medžiagos sluoksnį, jį galima perdirbti ir pakartotinai panaudoti kuriant naujus labai našius organinius saulės elementus.

Visos saulės technologijos ras savo nišą

KTU chemikų susintetintos medžiagos dabar yra komercializuotos ir laisvai prieinamos viso pasaulio mokslinių tyrimų grupėms ir įmonėms, o šis išradimas ir toliau skatina fotovoltinių technologijų plėtrą.

„Organinių elementų puslaidininkių savybės yra prastesnės nei neorganinių medžiagų, todėl tokie efektyvumo rezultatai stebina visus, dirbančius šioje srityje. Švedijos įmonė „Dyenamo“ jau įsigijo licenciją gaminti mūsų medžiagas, pritaikytas organiniams saulės elementams, nes mato šios technologijos galimybes“, – sako KTU Cheminės technologijos fakulteto profesorius Vytautas Getautis, tyrimo grupės vadovas.

Mokslininkai pabrėžia, kad panašių savitvarkių medžiagų naudojimas gali būti išplėstas, pavyzdžiui, jas būtų galima pritaikyti šviesos diodams, fotodetektoriams ar organiniams tranzistoriams. Anot dr. A. Magomedov, visos šiuo metu kuriamos skirtingos saulės technologijos ras savo nišą rinkoje. Pavyzdžiui, organiniai saulės elementai yra lengvesni, jie gali būti skaidrūs ir lankstūs. Tokie elementai būtų tinkami dronų įkrovimui, buitinei technikai. Tiesa, šiuo metu organinius elementus kuria vos pora startuolių, masinė jų gamyba dar nevyksta.

Šaltinis: Lin, Y., Magomedov, A., Firdaus, Y., Kaltsas, D., El-Labban, A., Faber, H., Naphade, D.R., Yengel, E., Zheng, X., Yarali, E., Chaturvedi, N., Loganathan, K., Gkeka, D., AlShammari, S.H., Bakr, O.M., Laquai, F., Tsetseris, L., Getautis, V. & Anthopoulos, T.D. 18.4% Organic solar cells using a high ionization energy self‐assembled monolayer as hole extraction interlayer, ChemSusChem 2021, 14, 1– 1. Prieiga čia.