Identifikācijas numurs: lzp-2022/1-0494
Tips: Latvijas Zinātnes padomes fundamentālo un lietišķo pētījumu projekts
Projekta ilgums: 2023 - 2025
Projekta vadītājs: Dr.phys. Raitis Gržibovskis LU CFI
Sadarbības partneri: RTU, Materiālzinātnes un lietišķās ķīmijas fakultāte, Dr. chem. Kaspars Traskovskis
Kopējais finansējums: 300 000 EUR
Projekta mērķis: Šī projekta mērķis ir attīstīt oriģinālus nefullerēna elektronu akceptorus, kuriem piemistu viendimensionālas lādiņu pārneses īpašības, kas ļautu izveidot trīskomponenšu Saules baterijas ar augstu efektivitāti.
Projekta kopsavilkums:
Saules baterijas ļauj gaismu pārvērst elektroenerģijā. Kaut arī lielākā daļa komerciāli pieejamo Saules bateriju ir veidotas no silīcija, aktīvi tiek pētīti arī organiskie materiāli. Populārākā organisko Saules bateriju struktūra ir elektrodi, starp kuriem ir lādiņnesēju pārvades slāņi un tilpuma heteropārejas slānis, kas sastāv no elektronu donora un elektronu akceptora materiāla. Šāda tipa Saules baterija noved pie kompromisa: izmantojot šauras aizliegtās spraugas materiālus ir iespējams absorbēt vairāk fotonus un iegūt lielāku strāvu, bet tajā pašā laikā samazinās iegūstamais spriegums. Kā viens no risinājumiem ir tandēma Saules bateriju veidošana, kur katra no baterijām strādā savā spektrālajā apgabalā. Tomēr šādā gadījumā tiek iegūta struktūra ar daudz slāņiem, kas apgrūtina šādu bateriju veidošanu un samazina to pievilcību iespējamā komercializācijā. Daudz vienkāršāks variants ir trīskomponenšu Saules baterijas, kurās aktīvai slānis sastāv no trīs materiāliem, nevis tikai diviem kā tas ir klasiskā gadījumā.
Pateicoties to labajai šķīdībai organiskajos šķīdinātājos, augstajam elektronu kustīgumam, kā arī dziļajam elektronu afinitātes līmenim, fullerēni ilgu laiku bija viena no populārākajām elektronu akceptoru materiālu grupām. Tomēr fullerēniem piemīt arī vairāki trūkumi, kas apgrūtina to pielietojumu organiskajās Saules baterijās: zema absorbcija, ierobežotas iespējas pielāgot enerģijas līmeņu vērtības, kā arī morfoloģiska nestabilitāte.
Lai paplašinātu spektrālo apgabalu, kurā Saules baterija efektīvi absorbē gaismu, tādā veidā palielinot Saules baterijas efektivitāti, šī projekta ietvaros tiks attīstītas trīskomponenšu ierīces, kas ietvers tādus zināmus un komerciāli pieejamus materiālus kā elektronu donora polimēru PBDB-T un tā atvasinājums, un elektronu akceptoru materiālu Y6. Tādā gadījumā spektrālajā apgabalā no 650-800 nm tiek iegūts logs ar relatīvi vāju absorbciju. Jaunie šī projekta ietvaros sintezētie nefullerēna elektronu akceptori tiks veidoti, lai to absorbcija pārklātu tieši šo spektrālo apgabalu.