Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego we współpracy ze specjalistami z Politechniki Śląskiej opracowują nowe konstrukcje polimerowe, które w przyszłości będą mogły być wykorzystywane do budowy nowej generacji ogniw fotowoltaicznych.
Na świecie z każdym rokiem wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną w związku z rozwojem sektora przemysłu czy usług. Coraz więcej energii zużywanej jest również w gospodarstwach domowych. Prognozy energetyczne stają się więc istotne z punktu widzenia planowania rozwoju poszczególnych branż sektora energii i modernizacji przedsiębiorstw energetycznych, inspirują także naukowców, którzy szukają coraz efektywniejszych rozwiązań w zakresie produkcji tego towaru.
Jedną z dynamiczniej rozwijających się obecnie dziedzin jest wytwarzanie energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Dostępne na rynku ogniwa fotowoltaiczne wykorzystywane m.in. w elektrowniach słonecznych, kalkulatorach, zegarkach czy samochodach z napędem hybrydowym są najczęściej zbudowane ze związków nieorganicznych, takich jak krzem. Alternatywą dla stosowanych rozwiązań mogą być nowej generacji ogniwa fotowoltaiczne z kompozytów zawierających nieorganiczne nanocząstki i/lub polimery przewodzące. Nad konstruowaniem i wykorzystaniem tych materiałów pracują naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego i Politechniki Śląskiej rozpoczynający właśnie realizację projektu pt. „Nowe konstrukcje polimerowe do budowy ogniw fotowoltaicznych”, którego kierownikiem jest prof. dr hab. inż. Ewa Schab-Balcerzak z Zakładu Chemii Polimerów w Instytucie Chemii UŚ.
Prof. dr hab. inż. Ewa Schab-Balcerzak oraz dr inż. Marcin Libera prezentują reaktor plazmowy wykorzystywany do przygotowania warstw nieorganicznych i polimerowych przy zastosowaniu wyładowania jarzeniowego
Fot. Sekcja Prasowa UŚ
– Wszyscy kojarzymy fotowoltaikę z montowanymi np. na dachach budynków panelami słonecznymi przekształcającymi światło słoneczne w energię elektryczną, których ogniwa tworzone są z materiałów nieorganicznych. Nasz międzyuczelniany zespół postanowił zbadać właściwości nowych konstrukcji zawierających polimery przewodzące, nieorganiczne nanocząstki lub kompozyty składające się z obu tych elementów – mówi prof. Ewa Schab-Balcerzak. Jak dodaje, zastosowanie materiałów organicznych w tego typu ogniwach jest jednak źródłem wielu wyzwań. Są one mniej wydajne, co oznacza, że potrzebne jest więcej energii słonecznej dla otrzymania określonej energii elektrycznej, cechuje je również gorsza trwałość. – W związku z tym szukamy technologicznych rozwiązań, które wpłyną na poprawę wskazanych parametrów i być może w przyszłości pozwolą konstruować wydajniejsze ogniwa fotowoltaiczne z otrzymanych materiałów – wyjaśnia kierownik projektu.
Materiały te zostaną scharakteryzowane pod kątem możliwości zastosowania ich do budowy kompozytów przewodzących. Z kompozytów tych tworzone będą następnie włókna i specjalne maty. Do tego celu stosować będziemy technikę elektroprzędzenia z roztworu, dzięki której uzyskamy urządzenia elastyczne, na przykład tekstylia przewodzące prąd – mówi dr inż. Marcin Libera z Zakładu Chemii Polimerów UŚ, członek zespołu badawczego. Otrzymane włókna posłużą w dalszym procesie badawczym do tworzenia fotowoltaicznych ogniw barwnikowych lub objętościowych.
W ogniwach barwnikowych w zależności od wykorzystanego barwnika zmienia się ilość absorbowanego światła, a co za tym idzie, również otrzymanej później energii elektrycznej. Naukowcy będą zatem testować nowe barwniki pod kątem wydajności ogniw fotowoltaicznych. Z kolei do budowy ogniw objętościowych zastosowane zostaną polimerowe materiały półprzewodnikowe, które mają zapewnić lepszą trwałość i wydajność tych ogniw.
W ramach projektu realizowane są badania podstawowe, co oznacza, że ich nadrzędnym celem będzie zaprojektowanie i badanie grupy nowo opracowanych krzyżowych barwników organicznych, jak i kompozytów też ceramicznych zawierających nanocząstki nieorganiczne lub polimery przewodzące lub hybrydy tych wypełniaczy. Opracowana zostanie także procedura konstruowania i badania nowych fotowoltaicznych ogniw barwnikowych. Opisując owe zależności, naukowcy będą mogli odpowiedzieć na pytanie, czy da się konstruować bardziej wydajne ogniwa fotowoltaiczne z kompozytów zawierających materiały organiczne.
Projekt „Nowe konstrukcje polimerowe do budowy ogniw fotowoltaicznych” został dofinansowany w ramach konkursu Opus 12 Narodowego Centrum Nauki. Realizowany jest przez zespół naukowców z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Ewy Schab-Balcerzak i dr. inż. Marcina Libery we współpracy z zespołem dr. hab. inż. prof. PŚ Tomasza Tańskiego z Instytutu Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Przyznane środki: 1 023 570 zł.