Elektros gamybos, naudojant saulės energiją, mastai auga kiekvienais metais. Skaičiuojama, kad šie metai saulės energetikai vėl bus rekordiniai.
Augant jos svarbai, mokslininkai ir inžinieriai intensyviai ieško būdų, kaip būtų galima dar labiau pagerinti saulės elementus, padarant juos dar veiksmingesnius.
Viename tokių tyrimų neseniai dalyvavo ir Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto (VU FF) mokslininkai. Dr. Patriko Ščajevo vadovaujama komanda ištyrė, kaip saulės elementų veikimas pasikeičia juose papildomai panaudojant fosforą, o daug žadantys rezultatai paskelbti garbingame žurnale „Nature Communications“.
Lietuviški ryšiai
VU FF Puslaidininkinės optoelektronikos tyrimų grupės vyresnysis mokslo darbuotojas dr. P. Ščajevas pasakoja, kad kartu su kolegomis jau ne vienerius metus vykdo tyrimus, kuriais siekiama išsiaiškinti, kaip papildomai pridedant (legiruojant) vieną ar kitą medžiagą pasikeičia saulės elementų veikimas.
Prieš kurį laiką užsimezgė ryšys su JAV technologų komanda, dirbančia su tomis pačiomis problemomis. Beje, tam įtakos turėjo ir lietuviški ryšiai.
„Ten jau dirbantis lietuvis fizikas Darius Kučiauskas gana ilgai domėjosi mūsų tyrimais. Jam ypatingai aktualus buvo elektros krūvio nešėjų (puslaidininkiuose tai gali būti tiek elektronai, tiek „skylės“) judrių matavimas, nes jis pats neturėjo galimybės atlikti visų reikalingų matavimų.
Darius į Lietuvą atvažiuoja bent kartą per metus ir sykiu atveža mums bandinių. Ir mums įdomu, ir jiems nauda. Tuo labiau, kad pasauliniu mastu tokie tyrimai yra labai svarbūs“, – dėsto mokslininkas.
Pirmasis straipsnis, parašytas bendradarbiaujant su amerikiečiais, pasirodė dar prieš penkerius metus. Toks aukšto lygio bendradarbiavimas visą šį laiką tęsiasi dėl abipusio intereso.
Amerikiečių gaminamos ir tiriamos medžiagos domina VU mokslininkus, o amerikiečiams naudinga tai, kad lietuviai geba išmatuoti tam tikrus tų medžiagų parametrus.
„Didžiausia jų problema ta, kad jie tarsi atsimušė į našumo lubas. Per paskutiniuosius kelis metus jo rodikliai niekaip nepagerėja.
Natūralu, kad kolegos visomis išgalėmis ieško problemos ir galimų jos sprendimo būdų – kitų legiravimo būdų. Mūsų naujausi tyrimai parodė, kad saulės elementuose panaudojant fosforą našumą iš tikrųjų galima pagerinti net 25 proc.“, – teigia dr. P. Ščajevas.
Tyrimai padeda kurti naujos kartos technologijas
VU FF mokslininkai savo matavimuose taikė vadinamąją dinaminių gardelių metodiką, kurią daug metų vystė Lietuvoje, joje yra naudojami ir lietuviški lazeriai.
Tai gana išskirtinė matavimo metodika, kuri leidžia išmatuoti krūvio nešėjų difuzijos koeficientą – vieną esminių parametrų, kuris lemia, kaip veiks iš tiriamos medžiagos pagaminti saulės elementai ir kaip jų našumą keičia papildomos medžiagos. Šiuo atveju buvo atskleista, kad fosforas turi labai daug potencialo ir gali būti labai sėkmingai naudojamas masinėje gamyboje.
„Visi mūsų kartu su amerikiečių technologais tirti elementai – vienos grupės. Todėl gerinant saulės elementus, jie yra bandomi paeiliui.
Labai ilgai legiravimui buvo naudojamas varis, dabar gamyboje vyrauja arsenas. Tačiau eksploatacijos metu, priklausomai nuo elemento, atsiranda skirtingi defektai, skiriasi krūvio transportas, o visa tai daro įtaką našumui. Technologai nėra fizikai – jie dirba bandymų ir klaidų būdu.
Todėl mūsų įsitraukimas, atliekant išsamesnius matavimus ir skaičiavimus, jiems yra labai naudingas“, – pažymi VU FF Puslaidininkinės optoelektronikos tyrimų grupės vyresnysis mokslo darbuotojas.
Sėkmingas fosforo panaudojimas saulės elementuose gali turėti tiesioginę įtaką ne tik gamintojams, bet ir galutiniams vartotojams. 25 proc. našumo padidėjimas reikštų, kad ta pati saulės baterija galėtų pagaminti ketvirtadaliu daugiau elektros energijos, arba tam pačiam energijos kiekiui pagaminti prireiktų mažesnės ploto saulės elektrinės.
Tokia pažanga turėtų didžiulės įtakos tolesnei saulės energetikos plėtrai, ypatingai Lietuvoje ir kitose Šiaurės šalyse, kur saulės intensyvumas mažesnis. Veiksmingesnės saulės baterijos reiškia trumpesnį investicijų atsipirkimo laiką ir prieinamesnę žaliąją energetiką.
Anot jo, dabar kamuoliukas – jau kolegų JAV pusėje. Panašu, kad šiuo metu jų naudojamos technologijos yra išsėmusios savo našumo galimybes. Našumo pagerėjimas, kurį numato VU Fizikos fakulteto mokslininkai, suteiktų reikšmingą konkurencinį pranašumą. Vis dėlto kyla klausimas, kaip greitai fosforo junginius bus įmanoma panaudoti masinėje gamyboje.
„Aišku, mes tyrėme bandymo medžiagas. Kai kalbame apie pramoninio lygio gamybą, viskas yra šiek tiek sudėtingiau. Į procesą dabar turės įsijungti technologai, jiems teks galvoti, kaip įterpti fosforo junginius, keisti gamybinius procesus. Visa tai gali trukti ne vienerius metus. Tačiau galimybės – daug žadančios“, – įsitikinęs dr. P. Ščajevas.
