• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Polskie badania nad ogniwami słonecznymi

    13.09.2009. 11:13
    opublikowane przez: Piotr aewski-Banaszak

    Polacy prowadzą badania nad nowymi ogniwami słonecznymi trzeciej generacji, które będą pracowały wydajniej niż ogniwa dostępne obecnie. Badania te prowadzi wiele ośrodków na świecie, popiera je również Unia Europejska, bo wpisują się w politykę ochrony klimatu. Naukowcy, którzy opracują wydajniejsze ogniwa, dołożą swoją cegiełkę do walki z globalnym ociepleniem. O specyficznych materiałach przybliżających do tego celu opowiada w rozmowie z PAP dr Jacek Doskocz, stypendysta programu START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

    Nauka w Polsce: Do czego wykorzystuje się polimery elektroprzewodzące?
    Dr Jacek Doskocz: Polimerami elektroprzewodzącymi zajmowałem się podczas doktoratu, gdzie do projektowania materiałów o pożądanych właściwościach wykorzystywałem najnowsze techniki modelowania molekularnego, a następnie je syntetyzowałem. Wprawy w syntezie tych materiałów nabrałem podczas wyjazdów do USA na uniwersytet w Gailneswille, do prof. Alana Katryckiego współpracującego z Politechniką Wrocławską i z prof. Jadwigą Sołoducho. Tam też poznałem najnowsze metody preparatyki chemicznej.

    Polimer to związek organiczny, zaś polimer przewodzący posiada w swoim szkielecie sprzężony układ wiązań podwójnych. Można z niego wytworzyć cienkie warstwy przewodzące. Mają one zastosowanie w ogniwach słonecznych jako warstwa odbierająca ładunki dodatnie (po drugiej stronie jest szkło nieorganiczne ITO). Mogą mieć zastosowanie w tekstyliach, powodując, że materiały się nie elektryzują, w elektronice (drukowane obwody elektroniczne), optoelektronice (organiczne diody emitujące światło OLED), czujnikach.

    NwP: Co, z tak szerokiej gamy zastosowań polimerów, jest przedmiotem pana pracy?

    JD: Obecnie pracuję w Instytucie Niskich Temperatur PAN, gdzie zajmuję się ogniwami słonecznymi wykorzystując wiedzę i umiejętności, które posiadłem podczas realizacji doktoratu. Jestem chemikiem, a znalazłem się interdyscyplinarnym zespole fizyków pod kierunkiem prof. Wiesława Stręka. Pracujemy nad ogniwami słonecznymi trzeciej generacji - nie takimi, które oparte są na krzemie, ale tymi, gdzie na warstwie TiO2 nanoporowatego jest umieszczony polimer, a TiO2 jest umieszczony na szkle przewodzącym np. ITO. Taki układ wykorzystuje bardziej pasmo promieniowania słonecznego niż tradycyjne ogniwa krzemowe.

    NwP: Czy popularne ogniwa nie są wystarczająco wydajne?

    JD: Nie, ponieważ nie wykorzystują w pełni promieniowania, jakie daje nam słońce. Dlatego ważny wydaje mi się drugi kierunek moich badań - luminescencyjnych koncentratorów słonecznych (ang. Luminescent Solar Concentrator - LSC). Jest to taki materiał, który promieniowanie niewykorzystywane przez ogniwa słoneczne zamienia na długość fali, które wykorzystuje ogniwo. Ma również dodatkową zaletę że zmniejsza powierzchnię aktywną ogniwa. Przykładowo, jeżeli szyba jest zrobiona z takiego materiału, to wystarczy ogniwo umieścić na bokach szyby - w tym momencie zmniejsza się rozmiar samego ogniwa. W mojej pracy tworzę materiały nanokompozytowe na bazie PMMA (popularne pleksi) do tego wprowadzam nanoproszki i kropki kwantowe oraz związki organiczne, które polepszają proces konwersji, w którym jedna długość promieniowania przechodzi w drugą.

    NwP: Czy wynikiem pracy Pana zespołu będzie technologia gotowa do wdrożenia?

    JD: Mam nadzieję że tak. Nasze badania służą w praktyce uzyskaniu ogniwa i konwerterów, które można by było w innym projekcie, np. Inicjatywa Technologiczna, przystosować do skali technologicznej, a następnie wdrożyć. W swojej pracy skupiamy się na zastosowaniu, jest to o tyle ciężkie, że praktyczne rezultaty weryfikują wcześniejszą pracę, to trudniejszy kawałek nauki.

    NwP: Czy wiele ośrodków na świecie prowadzi takie badania?

    JD: Badań w tej dziedzinie nauki i techniki jest bardzo dużo, ponieważ są one promowane przez Unię Europejska. Gra polega na tym, kto zrobi wydajne i tańsze ogniwo. Ponieważ te rzeczy nie są jeszcze tak bardzo popularne, nie ma komercyjnego taniego zamiennika dla ogniwa krzemowego, wiele grup na świecie różnymi metodami próbuje taki zamiennik stworzyć.

    NwP: Jakie są szanse Polaków w tym wyścigu?

    JD: Mamy duże szanse, gdyby było inaczej, nie miałbym motywacji do pracy. Naszą siłą, przewagą, jest to, że mamy nieco inne pomysł, niż koledzy z zagranicy. Pomysłów jest bowiem wiele, a to, który jest najlepszy, zweryfikuje czas i praca. Nie mogę powiedzieć, czy osiągniemy sukces, ale ważne jest to, że podejmujemy wysiłek badawczy. A na pewno dołożymy cegiełki do gmachu nauki.

    NwP: Pana działalność obejmuje również popularyzację nauki. Brał Pan udział w konkursie Popularyzator Nauki PAP i MNiSW...

    JD: Dodatkowo swoje zainteresowanie inżynierią materiałową, a dokładnie nanotechnologią rozwijam prowadząc Fundację Wspierania Nanonauk i Nanotechnologii NANONET (www.nanonet.pl ). Tam bardzo często mam do czynienia z nauką która wchodzi do przemysłu, stąd moje pozytywne nastawienie do nauki służącej bezpośrednio gospodarce i społeczeństwu.

    NwP: Dziękuję za rozmowę.

    Źródło:
    PAP - Nauka w Polsce

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Ogniwo pierwotne – rodzaj ogniwa galwanicznego, które jest jednorazowe, czyli nieładowalne. Ogniwo takie po rozładowaniu, czyli wyczerpaniu się materiału anodowego, nie nadaje się do dalszego użycia w wyniku zaniku jego siły elektromotorycznej. Nie da się go także zregenerować poprzez ładowanie, w przeciwieństwie do ogniwa wtórnego. Ogniwa służą do zasilania drobnych przedmiotów domowego użytku, ale także urządzeń ratunkowych (radia), bądź wojskowych. Najczęściej dostępnymi ogniwami pierwotnymi są ogniwa Leclanchégo (zwane popularnie alkalicznymi) oraz ogniwa litowe (których nie należy mylić z ogniwami litowo-jonowymi, które są ładowalne). Duński Ośrodek Naukowy Risø (duń. Forskningscenter Risø) – ośrodek naukowy wybudowany w miejscowości Risø, nieopodal Roskilde. Ośrodek, podlegający Ministerstwu Nauki, Technologii i Wynalazczości, składa się z następujących sektorów: Biosystemy, Ośrodek Badań Nad Polimerami, Ogniwa Paliwowe i Chemia Ciał Stałych, Badania Nad Materiałami, Badania Nad Optyką i Plazmą, Ośrodek Badań Jądrowych, Analiza Systemów, Energia Wiatrowa. Ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem (inaczej: z zestalonym elektrolitem tlenkowym, SOFC (ang. Solid Oxide Fuel Cell) – rodzaj ogniwa paliwowego, wymagającego wysokiej temperatury pracy (ok. 600-1000 °C). Ciepło uzyskiwane za pomocą tego ogniwa może być wykorzystane w kogeneracji. Początkowo znaczne wymiary, wysoka temperatura pracy i znaczny czas rozruchu ograniczają zastosowanie ogniw SOFC do rozwiązań do stałej zabudowy. Późniejszy rozwój technologiczny pozwolił na zastosowanie tego typu ogniw również w transporcie.

    Ogniwo paliwowe zasilane bezpośrednio metanolem, DMFC (Direct-Methanol Fuel Cell) – rodzaj ogniwa paliwowego, w którym metanol (CH3OH) nie jest reformowany, lecz dostarczany bezpośrednio do ogniwa. Badania materiałowe – interdyscyplinarny obszar badań naukowo-technicznych, w którym jest prowadzona analiza wpływu chemicznej i fizycznej struktury materiałów na ich właściwości elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne (także rozmaite kombinacje tych właściwości) oraz są opracowywane sposoby wytwarzania materiałów o pożądanych właściwościach.

    Badania materiałowe – interdyscyplinarny obszar badań naukowo-technicznych, w którym jest prowadzona analiza wpływu chemicznej i fizycznej struktury materiałów na ich właściwości elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne (także rozmaite kombinacje tych właściwości) oraz są opracowywane sposoby wytwarzania materiałów o pożądanych właściwościach. Potencjał standardowy, standardowy potencjał półogniwa, E° – siła elektromotoryczna ogniwa zbudowanego z odwracalnego półogniwa badanego, zawierającego jony o jednostkowej aktywności, oraz elektrody wodorowej, której potencjał przyjmuje się za równy 0 we wszystkich temperaturach, aby było możliwe określenie potencjału badanej elektrody (lewa strona na schematach). Jeśli badana elektroda jest anodą, to jej potencjał jest ujemny, jeśli natomiast jest katodą to jej potencjał jest dodatni. Potencjał standardowy rozumiany jest również jako wkład elektrody do standardowej siły elektromotorycznej ogniwa.

    Ogniwo paliwowe to ogniwo generujące energię elektryczną z reakcji utleniania stale dostarczanego do niego z zewnątrz paliwa. W odróżnieniu od ogniw galwanicznych (akumulatory, baterie), w których energia wytwarzanego prądu musi zostać wcześniej zgromadzona wewnątrz tych urządzeń (co znacznie ogranicza czas ich pracy), ogniwa paliwowe nie muszą być wcześniej ładowane. Wystarczy tylko doprowadzić do nich paliwo. W przypadku ogniw galwanicznych ładowanie może być procesem trwającym wiele godzin, a ogniwa paliwowe są gotowe do pracy po niewielkim czasie wymaganym do nagrzania. Polityka naukowa definiowana jest jako działalność państwa oraz innych instytucji publicznych mająca na celu takie wpływanie na naukę, które w sposób optymalny przyczyni się do wzrostu gospodarczego i rozwoju społecznego przy jak najlepszym wykorzystaniu środków na badania naukowe. Często do szeroko rozumianej polityki naukowej zalicza się także politykę innowacyjną, której zadaniem jest wprowadzanie wyników badań naukowych, wynalazków i usprawnień do praktyki gospodarczej. Jest to jedna z najmłodszych dziedzin polityki gospodarczej, ukształtowała się dopiero w latach pięćdziesiątych ubiegłego stulecia. Przełomową datą jest rok 1935, kiedy to wydano pracę J.D.Bernala pt. "The Social Function of Science"("Społeczna funkcja nauki"), ujmującą całościowo problemy nauki we współczesnym świecie. W 1967r. we Frascati(Włochy) odbyła się konferencja przedstawicieli krajów skupionych w OECD, w trakcie której wypracowano wiele zaleceń i definicji dotyczących polityki naukowej, będących podstawą obecnego rozwoju tej dziedziny. Dzięki ustaleniom z 1967r. w wielu krajach, także w krajach rozwijających się, utworzono organy decyzyjne a szczeblu rządowym odpowiedzialne za politykę naukową.

    Akumulator litowo-polimerowy (LiPo lub Li-Poly) – rodzaj akumulatora litowo-jonowego, do budowy którego wykorzystywane są stopy metalicznego litu oraz polimery przewodzące. W działaniu jest podobny do akumulatora litowo-jonowego. Ze względu na obecność polimerów nowa technologia umożliwia konstruowanie giętkich, bardzo cienkich i płaskich elastycznych ogniw (nawet o grubości milimetrowej). Ogniwa te są jednak nieodporne i łatwo je uszkodzić w wyniku niewielkiego nawet przeładowania, dlatego układy elektroniczne kontrolujące proces ładowania są bardzo złożone.

    Dodano: 13.09.2009. 11:13  


    Najnowsze