Mokslo ir technologijų pasaulis

Čikagos universiteto ir Energijos departamento Argono nacionalinės laboratorijos (JAV) tyrėjai sugalvojo metodą, kuris galėtų užtikrinti pigesnę puslaidininkinių sluoksnių, tinkančių saulės elementams, gamybą.

Neorganinės nanokristalų matricos, sukurtos purškiant naujos rūšies koloidinį „rašalą“, pasižymi puikiomis elektronų judrio savybėmis, todėl galėtų suteikti rimtą postūmį sprendžiant fundamentalias dabartinės saulės technologijų problemas.

„Jeigu norite išgauti didelius elektros energijos kiekius naudodami šiuolaikines saulės technologijas, privalote pastatyti didžiulius, kvadratiniais kilometrais matuojamus parkus“, – pasakoja komandai vadovaujantis Dmitrijus Talapinas (Dmitri Talapin). Kadangi šiuolaikinių saulės elementų pagrindą sudaro silicis, kurio gamyba yra nedraugiška aplinkai ir brangi, tokie elementai nėra ekonomiškai efektyvūs, kuomet kalbame apie didelius plotus. Pagrindinis mokslininkų uždavinys – sugalvoti, kaip pagaminti saulės elementus, kurie būtų ir efektyvūs, ir pigūs.

Viena iš galimybių sumažinti saulės elementų gamybos kaštus yra juos „spausdinti“, visai panašiai kaip laikraščius. „Būtų naudojamas tam tikras „rašalas“, išliejamas taikant atitinkamą lankstaus pagrindo technologiją“, – teigia D. Talapinas.

Saulės elementus sudaro keliolika vienas ant kito sudėtų skirtingų medžiagų sluoksnių. Mokslininkų komanda daugiausia dėmesio skyrė pačiam svarbiausiam, saulės šviesą sugeriančiam ir ją verčiančiam į elektros srovę, sluoksniui. Šis sluoksnis, padarytas iš puslaidininkinės medžiagos, privalo net tik gebėti saulės šviesą paversti į neigiamus ir teigiamus elektros krūvius, bet ir lengvai juos praleisti, kad šie judėdami medžiaga kurtų elektros srovę.

Daugeliui puslaidininkių auginimo metodų būtinos aukštos temperatūros, todėl pigesnis variantas būtų išgauti šiuos darinius tirpale. Tačiau tam reikia tirpios pradinės medžiagos. Mokslininkai sukūrė pradinę medžiagą, tam panaudodami kvantinius taškus. Smulkūs puslaidininkių grūdeliai, patalpinti skystyje, yra „suklijuojami“ su naujomis molekulėmis, vadinamomis „molekuliniais metalų chalkogendinų kompleksais“. Procesas medžiagą pakaitina iki 200 ^oC temperatūros, o tai žymiai mažesnė temperatūra už reikalingą silicio saulės elementų gamybai. Gautas rezultatas – medžiagos sluoksnis, pasižymintis geromis puslaidininkinėmis savybėmis.

„Šios medžiagos elektronų judris yra bent dešimt kartų didesnis už bet kurį anksčiau taikyto tirpalo pagrindo metodo rezultatą“, – džiaugiasi mokslininkas.

Tyrėjų komanda naudojo intensyvią rentgeno spinduliuotę, kad galėtų stebėti puslaidininkinės plėvelės formavimo procesą. „Mes manome, kad su šiomis nanodalelėmis galėtume pagaminti labai konkurencingus saulės elementus“, – įsitikinęs D. Talapinas.

Pasak tyrėjo, jų sėkmę lėmė itin vaisingas dviejų institucijų bendradarbiavimas. „Universitete mes turime puikius studentus ir podoktrorantūros stažuotojus, galinčius užsiimti teorine chemija, – toliau nenustygsta vietoje grupės vadovas. – Tačiau Argonas yra tiesiog fantastinė vieta atlikti tyrimus, reikalaujančius pažangios infrastruktūros ir instrumentų“.