Projekta nosaukums: Halkogenīdu- organisko tandēma saules šūnu attīstīšana
Pētniecības pieteikuma nr: 1.1.1.9/LZP/1/24/017
Projekta ilgums: 01.04.2025.-31.03.2028.
Projekta vadītājs: Dr.phys. Raitis Gržibovskis
Kopējais finansējums: 184 140 EUR
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansējums: 156 519 EUR
LU CFI finansējums: 9 207 EUR
Projekta kopsavilkums:
Eiropas Savienības mērķi līdz 2050. gadam sasniegt CO2 izmešu neitralitāti liek meklēt arvien jaunus un videi draudzīgākus enerģijas avotus. Viens no šiem veidiem ir Saules enerģija, ko ar saules šūnām var tiešā veidā pārvērst elektroenerģijā. Mūsdienās ļoti aktuāls pētniecības virziens ir organisko materiālu pielietojums saules šūnu veidošanā. Molekulu daudzveidība, iespēja veidot lokanas, vieglas un puscaurspīdīgas saules šūnas padara organiskos materiālus par pievilcīgu alternatīvu klasiskajiem silīcija saules paneļiem.
Tomēr organiskajiem materiāliem ir nopietns trūkums- no tiem veidoto saules šūnu relatīvi īsais mūžs. Ja skābekļa un mitruma ietekmi var novērst ar aizsargslāņu uzklāšanu, no gaismas intensitātes un paaugstinātas temperatūras radītās degradācijas izvairīties ir sarežģītāk. Kā risinājums šajā projektā tiek piedāvāts veidot hibrīdās (halkogenīgu- organisko materiālu) tandēma saules šūnas. Uz antimona sulfīdu (Sb2S3) balstīta saules šūna absorbētu daļu saules gaismas, tā samazinot enerģijas daudzumu, kas nonāk līdz organiskajiem materiāliem. Šādā veidā varētu pagarināt saules šūnas dzīves ilgumu.
Projekta mērķis ir halkogenīda-organisko materiālu tandēma saules šūnas. Ir plānots, ka halkogenīda slānis samazinās tās gaismas daudzumu, kas nonāks līdz organisko materiālu slānim, tādējādi pagarinot tandēma šūnas ilgmūžību.
Darbs projektā tiks sadalīts divos posmos. Pirmajā posmā tiks attīstīta katra (Sb2S3 un organisko materiālu) saules šūna atsevišķi un tās tiktu savienotas tikai elektriski. Otrajā posmā tiks veidota slāņaina tandēma saules šūna, kur visi slāņi būtu fiziski viens uz otra. Pētījumi, kas saistīti ar Sb2S3 tiks veikti Tallinas Tehnoloģiju Universitātē Igaunijā, dodot iespēju pēcdoktorantam iegūt jaunas zināšanas un prasmes darbā ar halkogenīdiem, to plāno kārtiņu uznešanu un struktūras raksturošanu. Darbs, kas saistīts ar organiskajiem materiāliem, tiks veikts Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūta Organisko materiālu laboratorijā.
PROJEKTA PROGRESS
Laika periods: 01.04.2025. - 31.08.2025.
Projekta sākumā es apmeklēju mūsu sadarbības partnerus – Tallinas Tehnoloģiju universitāti (TalTech)–, kur tika veikti pirmie eksperimenti Plāno kārtiņu enerģijas materiālu laboratorijā, Materiālu un vides tehnoloģiju katedrā, profesores Ilonas Oja Acikas vadībā. Pusotras nedēļas laikā es apguvu antimona sulfīda (Sb2S3) saules šūnu izgatavošanu ar izsmidzināšanas pirolīzes metodi un to raksturošanu ar TalTech pieejamo aprīkojumu. Raksturošana ietvēra votampēra raksturlīkņu uzņemšanu, ārējās kvantu efektivitātes (EQE) mērījumus, kā arī gaismas absorbcijas un caurlaidības mērījumus. Tika izgatavotas Sb2S3 saules šūnu sērijas ar dažādu aktīvā slāņa biezumu.
Pēc atgriešanās Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā (LU CFI), Sb2S3 saules šūns tika izmantotas kā optiskie filtri, lai noēnotu organiskās saules šūnas. Tas ļāva noteikt optimālos Sb2S3 saules šūnu izveidošanas parametrus, kur halokogenīdu šūnu efektivitāte pārsniedza zudumus organiskajās šūnās noēnojuma dēļ.
Augustā tika uzsākta NiOx nanodaļiņu sintēze un raksturošana, kas varētu ļaut izveidot inversās Sb2S3 saules šūnas ar struktūru: ITO/NiOx/Sb2S3/elektronu transporta slānis/Ag.
Ir iesniegtas tēzes “THE DEVELOPMENT OF 4T CHALCOGENIDE-ORGANIC TANDEM SOLAR CELLS”, lai piedalītos 17. Eiropas molekulārās elektronikas konferencē (ECME 2025), kas notiks Kembridžā, Apvienotajā Karalistē, no 2025. gada 22. līdz 26. septembrim.
Septembra sākumā ir plānota vēl viena vizīte uz TalTech.