BLOGas.lt
Sukurk savo BLOGą Kitas atsitiktinis BLOGas

Prof. Vidmantas Gulbinas: „Organiniai saulės elementai būtų daug pigesni ir ekologiškesni“

Lietuvos fizikai ir toliau garsina šalį savo pasiekimais. Šįkart prestižinis mokslinis žurnalas „Nature Communications” paskelbė Lietuvos fizikų kartu su kelių Vakarų Europos universitetų kolegomis paruoštą straipsnį apie organiniuose saulės elementuose vykstančius elektrinius procesus. Nauja technologija galėtų pakeisti dabar įprastus silicio saulės elementus. Fizinių ir technologijos mokslų centro darbuotojas profesorius Vidmantas Gulbinas plačiau pasakoja apie tiriamą saulės energijos išgavimo technologiją.

Evgenios Levin nuotr.

Kokie yra dabar gaminamų ir naudojamų saulės elementų trūkumai? Kas sudaro didelę tradicinių kristalinio silicio saulės elementų gamybos kainą?

Silicio pagrindu gaminami saulės elementai yra brangūs, ir dėl to jais gaminama elektra taip pat brangi. Nors dabar Kinijos gamintojai gerokai sumažino jų kainas, jos išlieka gana aukštos, nes nepaisant technologijų vystymosi, ten neišvengiamai gamybai naudojami aukštos temperatūros ir kiti brangūs procesai, keliantys gamybos kaštus. Be to, šie elementai trapūs, brangus jų instaliavimas. Tai viena iš priežasčių, kodėl tai technologijai ieškoma alternatyvų.

Didelę dalį kainos sudaro elektros energijos keitimas į 220 V įtampos srovę ir akumuliavimas, kurie reikalingi tiek diegiant silicio, tiek organinių elementų sistemas. Fizikai aktyviai dirba ieškodami, kaip atpiginti energijos kaupimą.

Kokie yra organinių saulės elementų pranašumai, palyginti su neorganinių puslaidininkių pagrindu veikiančiais elementais?

Neorganiniai silicio ir organiniai saulės elementai pasižymi skirtingomis savybėmis. Pavyzdžiui, organinius elementus būtų galima naudoti kad ir namų ir biurų stiklams dengti. Tai galėtų būti pusiau skaidrios plėvelės, kurios būtų įkomponuotos į architektūrą ir kartu gamintų elektros energiją. Toks būdas gerokai pigiau kainuotų, nes langai šiaip ar taip reikalingi, tad būtų išvengiama papildomų medžiagų kaštų. Organinius saulės elementus galima pagaminti įvairių spalvų, o tai irgi privalumas galvojant apie pastatų dizainą. Tuo tarpu silicio elementai yra neišvaizdūs. Pačios organinės medžiagos kol kas dar yra gana brangios, tačiau prasidėjus masinei gamybai smarkiai atpigtų. Žinoma, nemanau, kad ateityje dominuos tik kažkurio vieno tipo saulės elementai. Manau, kad vienur bus taikomi silicio, kitur - organiniai ar dar kitomis technologijomis paremti saulės elementai.

Šviesos energijos vertimo į elektros energiją procesas organiniuose elementuose, palyginti su neorganiniais, taip pat gerokai skiriasi. Iš tiesų organinėse medžiagose elektroniniai vyksmai yra sudėtingesni. Silicio puslaidininkiuose saulės šviesa iškart generuoja laisvuosius krūvininkus, kurie judėdami kuria elektros srovę. Tuo tarpu organinėse medžiagose pradžioje sukuriamos tik stipriai sujungtų krūvininkų poros, vadinamos „eksitonais”, kurios vėliau skyla į laisvuosius krūvininkus. Tačiau, deja, skyla ne visi. Tai yra viena iš problemų, kurią mes bandome spręsti. Bandome suprasti, kodėl taip yra, ir galvojame, kaip šį procesą padaryti veiksmingesnį.

Puslaidininkių fizikos laboratorija, kurioje tiriamos organinių puslaidininkių savybės. Evgenios Levin nuotr.

Su kokiais mokslininkais daugiausia bendradarbiaujate tirdami šiuos procesus?

Daugiausia bendradarbiaujame su švedais ir vokiečiais. Jie atsiunčia bandinių, juos tiriame, mūsų rezultatai suteikia informacijos, ką reikėtų keisti. Lietuvoje taip pat yra chemikų, kurie galėtų tokias medžiagas sintetinti ir kai kurias medžiagas sintetina, tačiau dar trūksta kompleksinio darbo, kad nuo pradžios iki galo kokį nors tyrimą galėtume atlikti su kolegomis iš Lietuvos.

Tokios šalys kaip Švedija ir Vokietija, esančios panašaus kaip Lietuva klimato zonoje, aktyviai diegia alternatyvios energetikos sistemas, kuria ir tobulina šias technologijas. Ar realu, kad artimiausiu metu saulės elementų technologija ištobulės tiek, kad saulės energiją naudoti apsimokės ir Lietuvoje?

Matyt, realu, kadangi Europoje politikai jau žada nutraukti saulės energijos subsidijavimą ir leisti gamintojams laisvai konkuruoti rinkoje. Aišku, kad daug geresnės sąlygos naudoti saulės elementus yra pietų šalyse, nes pas mus saulėtų dienų gerokai mažiau. Ispanijoje jau dabar pastatyta gana galinga saulės elektrinė. Galbūt Lietuvoje būtų sunku įdiegti masinę saulės energijos gamybą, tačiau šiuo būdu galima gaminti dalį šaliai reikalingos energijos, ypač jeigu integruotume saulės elementus į esamus pastatus. Ypač paranku išnaudoti didelius stogų plotus. Teoriškai saulės energija galėtų tiekti apie 20 proc. valstybei reikalingos elektros energijos.

Dabar rinkoje labiausiai paplitusių monoskristalinio silicio saulės elementų efektyvumas siekia apie 20 proc. Kokį efektyvumą galima išgauti naudojant organines medžiagas?

Organiniai elementai pasiekė 11 procentų našumą. Prieš keletą metų jis dar tesiekė 5-6 proc., ir tada buvo kalbama, kad jeigu pavyks pasiekti 10 proc. našumą, bus galima pradėti galvoti apie praktinį šios technologijos pritaikymą. Žinoma, tie 11 proc. buvo pasiekti su laboratoriniais bandiniais, kurie ne visada pavyksta. Vadinasi, iki technologinio pritaikymo dar reikia padirbėti, tačiau vystymasis tikrai gana spartus.

Sunku atsakyti, ar organiniai elementai gali perimti rinką iš neorganinių elementų. Be dabar populiarių silicio kristalų elementų, yra tobulinami ir plonasluoksniai puslaidininkių elementai, ir kitos technologijos, tad pasakyti tiksliai, kuri technologija nugalės, gana sunku. Greičiausiai konkuruos kelios technologijos priklausomai nuo panaudojimo srities. Dėl tos priežasties reikia ir tirti, nes jei netirsi, netobulinsi, tikrai iš to nieko nebus.

Puslaidininkių fizikos laboratorija, kurioje tiriamos organinių puslaidininkių savybės. Evgenios Levin nuotr.

Saulės energija vadinama viena iš aplinkai draugiškiausių energijų, tačiau iki šiol gana tarši buvo pati elementų pagaminimo technologija. Ar naudojant organines sudėtines medžiagas elementų gamyba gali tapti švaresnė?

Organinių saulės elementų gamybos procesas būtų gerokai ekologiškesnis. Naudojant organines medžiagas išsiskirtų nedaug teršalų. Kitas dalykas - organiniams elementams reikia labai nedaug medžiagų. Sluoksnis tesudaro apie 100 nanometrų, tai yra dešimttūkstantoji milimetro dalis. Dėl šios priežasties mažai yra ir atliekų. Organiniais saulės elementais galima dengti net polimerines plėveles, kurias, praėjus veikimo laikui, nesudėtinga perdirbti.

Ar organiniai saulės elementai būtų tokie pat ilgaamžiški, kaip ir silicio kristalų?

Tai gana sudėtinga problema, tačiau ir ji gan sėkmingai sprendžiama. Svarbiausia organinę plėvelę apsaugoti nuo vandens, deguonies ir ultravioletinių spindulių. Tam skirti specialūs dengiamieji sluoksniai. Pagal dabartines žinias, organiniai elementai galėtų stabiliai ir kokybiškai veikti apie 10 metų.

Ar jūsų darbais domisi gamintojai?

Kol kas gamintojai dar nelabai mumis domisi. Galima tikėtis, kad ši technologija bus masiškai taikoma maždaug po dešimtmečio, o šiuo metu dauguma gamintojų žvalgosi į greitesnį rezultatą ir pelną.

Plėtoti alternatyvią energetiką yra globali problema, ir jos kokia nors viena laboratorija išspręsti negali. Prie jos dirba tūkstančiai mokslininkų ir šimtai laboratorijų. Kiekviena ką nors atranda, mažais žingsneliais judame į priekį. Džiaugiamės, kad ir mes galime šiek tiek prisidėti sprendžiant bendrą problemą.

Kalbino Monika Midverytė OFS

Bernardinai.lt

Patiko (0)

Rodyk draugams

Rašyti komentarą

Tavo komentaras