Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) mokslininkai prof. habil. dr. Vidmantas Gulbinas ir dr. Rokas Jasiūnas, kartu su tarptautine tyrėjų komanda, paskelbė straipsnį viename prestižiškiausių pasaulio mokslo žurnalų „Nature Photonics“. Teksto pavadinimas: „Organinių saulės elementų užpildos faktoriaus ribos įveikimas“ (angl. „Overcoming the fill-factor limit of organic solar cells“).
Saulės elementas. FTMC nuotr.
Straipsnyje pristatytame tyrime nagrinėjami elektroniniai procesai naujos kartos organiniuose saulės elementuose – vienoje perspektyviausių ateities energetikos technologijų sričių. Šie elementai išsiskiria tuo, kad gali būti itin ploni, lankstūs, pusiau skaidrūs ar įvairių atspalvių, todėl atveria galimybes juos integruoti į pastatus, langus ar net nešiojamą elektroniką.
Vis dėlto iki šiol organinių saulės elementų veiksmingumą ribojo vienas iš esminių parametrų – vadinamasis užpildos faktorius (angl. fill factor), kuris kartu su kitais dviem parametrais lemia, kiek efektyviai įrenginys paverčia sugertą šviesą elektra.
FTMC Molekulinių darinių fizikos skyriaus tyrėjai kartu su bendraautoriais pirmą kartą išsamiai parodė, kokie mikroskopiniai elektroniniai procesai riboja užpildos faktoriaus parametrą – ir kaip šiuos procesus galima pagerinti tobulinant aktyviąsias medžiagas, kurios sugertą šviesą paverčia į elektros srovę kuriančius krūvininkus.
Autoriai atskleidė, kad pagrindinė energijos nuostolių priežastis yra nepakankamai efektyvus krūvininkų susidarymas bei tai, kad šis procesas stipriai priklauso nuo elektrinio lauko aktyviojoje medžiagoje. Mokslininkų pasiūlytas metodas leidžia šiuos nuostolius sumažinti ir taip padidinti įrenginių efektyvumą.
Pasak FTMC fiziko Vidmanto Gulbino, šis tyrimas suteikia naujų įžvalgų apie fundamentalius procesus, susijusius su organiniais saulės elementais: „Identifikavę, kas tiksliai riboja užpildos faktorių, galime ne tik geriau suprasti šių įrenginių veikimą, bet ir kryptingai ieškoti sprendimų jų efektyvumui didinti.“
Mokslininkai pabrėžia, kad tyrimas turi ne tik teorinę, bet ir aiškią praktinę reikšmę. Geresnis užpildos faktoriaus supratimas ir sugebėjimas jį valdyti gali tapti kertiniu žingsniu siekiant organinius saulės elementus pradėti naudoti komerciškai.
FTMC tyrėjų teigimu, tolesnis progresas šioje srityje priklausys nuo glaudaus skirtingų sričių mokslininkų bendradarbiavimo: „Tam, kad pasiektume proveržį, būtina sujungti chemikų, medžiagų tyrėjų ir inžinierių pastangas. Tik taip galime perkelti fundamentalius atradimus į realias technologijas“, – pažymi V. Gulbinas.
Tikimasi, kad šio tyrimo rezultatai prisidės prie spartesnio organinių saulės elementų vystymo ir jų diegimo praktikoje. Tai atvertų galimybes kurti pigesnes, lengvesnes ir universalesnes saulės energijos sistemas bei reikšmingai išplėstų atsinaujinančios energetikos taikymo ribas.
