Vilnius. Augantys energijos poreikiai – viena aktualiausių šių laikų problemų. Kiek atpigus naftai ir žinant, kad po žeme glūdi dar du trečdaliai iškastinio kuro, galima pagalvoti, jog galbūt ši problema ne tokia ir opi. Tačiau pigesnė nafta tik skatina jos naudojimą ir lėtina kitų energijos šaltinių plėtrą. 

„Negalime sunaudoti viso iškastinio kuro. Jei visą po žeme esančią anglį paverstume anglies dvideginiu, jo kiekis atmosferoje sukeltų katastrofišką visuotinį atšilimą. Sunku įvertinti jo pasekmes,  Žemė gali tapti nebetinkama gyventi“, – įspėja Fizinių ir technologijos mokslų centro mokslininkas, Lietuvos mokslų akademijos tikrasis narys prof. Vidmantas Gulbinas. 

Branduoliniam kurui tinkamų sunkiųjų elementų ištekliai riboti, termobranduolinės sintezės panaudojimo energetikai perspektyvos kol kas labai miglotos, todėl vienintelis patikimas energijos šaltinis yra Saulė. Šios energijos ištekliai, galima sakyti, neriboti, tik sunku juos paversti elektra ar kita energijos rūšimi. Dalį Saulės energijos gamta verčia vėjo ar hidroenergija, kita dalis kuria biomasę. Šios energijos rūšys sėkmingai naudojamos, tačiau jų plėtros galimybės taip pat ribotos.

Efektyviausias būdas panaudoti Saulės energiją – ją tiesiogiai versti elektros energija. 2017 m. pasaulyje 16,4 proc. elektros buvo pagaminta iš atsinaujinančių energijos šaltinių, iš jų tik 1,9 proc. – iš Saulės energijos, tačiau ši dalis sparčiai auga. Prognozuojama, kad apie 2050-uosius saulės elektrinės pasaulyje gamins maždaug pusę ar net didesnę elektros energijos dalį.

„Elektros gamyba iš Saulės energijos priklauso nuo daugelio aplinkybių – ekonominių, technologinių, politinių, tačiau tokią apimtį įmanoma pasiekti. Siekiant šio tikslo pirmiausia reikia patobulinti saulės elementus – padidinti jų našumą ir stabilumą, sukurti naujų saulės elementų rūšių, išvystyti pigias ir patikimas gamybos technologijas. Tikimasi, kad masinė tokių elementų gamyba leistų sumažinti saulės elektros kainą iki 5–7 euro centų už kWh ir saulės elektros gamyba taptų itin ekonomiškai naudinga“,  – sako prof. V. Gulbinas.

Šiuo metu dažniausiai naudojami silicio saulės elementai. Per 40 metų jų gaminamos elektros energijos kaina nukrito daugiau kaip 100 kartų ir dabar saulėtose vietovėse jos gamyba kainuoja apie 10 euro centų už kWh, t. y. pigiau ne deginat dujas. Tačiau dėl sudėtingos ir energijai imlios silicio elementų gamybos, didelių surinkimo ir instaliavimo kaštų nesitikima, kad jais pagamintos elektros kaina toliau ženkliai mažės.

Trečiosios kartos saulės elementai

Kuriant naujus, pigius ir efektyvius saulės elementus didelės viltys dedamos į iš tirpalų formuojamus organinius ir perovskitinius saulės elementus. Prof. V. Gulbinas kartu su kolegomis dr. Andriumi Devižiu ir dr. Mariumi Franckevičiumi tiria šių saulės elementų medžiagas, jose vykstančius procesus, kad pagerintų elementų savybes.

„Organiniai, perovskitiniai saulės elementai gali būti lankstūs, pusiau skaidrūs ar spalvoti. Jie gali būti gaminami nepertraukiamai rulonais – kaip polietileno plėvelė. Tokia gamyba ir instaliavimas kainuoja pigiau nei silicio elementų. Net atsilikdami nuo silicio elementų pagal našumą ir ilgalaikiškumą, šie elementai gali būti konkurencingi, atverti naujas panaudojimo sritis“, – pasakoja prof. V. Gulbinas.  

Silicio saulės elementai dažniausiai montuojami pakelėse ar ant pastatų stogų, o vadinamuosius trečiosios kartos saulės elementus, mokslininko teigimu, galima pagaminti kaip pusiau skaidrią plėvelę ir ja padengti namų, biurų langų stiklus. Spalvota plėvelė galėtų būti naudojama įvairiuose architektūros sprendiniuose – atliktų estetinę funkciją ir gamintų elektros energiją. Tokie saulės elementai galėtų būti įmontuoti ir ant transporto priemonių, mobiliųjų telefonų ar net skrybėlių.

Šiuo metu organinių elementų našumas siekia 14–17 proc., o perovskitinių – iki 24 proc., t. y. panašus į silicio elementų. Kaip teigia prof. V. Gulbinas, tai rekordiniai našumai, pasiekti naudojant labai tikslias, bet nenašias technologijas mažo ploto bandiniuose laboratorijose. Masinėje didelio ploto elementų gamyboje kol kas tokius našumus būtų sunku pasiekti.

Tačiau išlieka didžiausia kliūtis - nepakankamas tokių elementų ilgalaikis stabilumas. Kol kas mokslininkai negali tiksliai atsakyti, kas trukdo padidinti jų našumą ir atsparumą aplinkos sąlygoms. Be to perovskitiniuose elementuose nerimą kelia ir švinas, kurio dar nepavyko pakeisti ne tokiu toksišku elementu.

Nors pažanga kuriant Saulės energijos vertimo elektra technologijas itin sparti, tačiau dar reikia daug nuveikti gerinant jų našumą, stabilumą ir gamybos technologijas. Siekiant kuo geresnių organinių ir perovskitinių saulės elementų savybių, svarbu ir toliau gilintis į juose vykstančius procesus nuo šviesos sugerties iki krūvininkų surinkimo elektroduose, ieškoti dar efektyvesnių medžiagų, technologinių sprendimų – tam jėgas suvienijo daugelis pasaulio laboratorijų.

BNS Spaudos centro inf.