Raport sintetic final

[Pages:8]Raport sintetic final

Aceast seciune permite descrierea rezultatelor proiectului finalizat: ar trebui s se evalueze dac rezultatele ateptate i rezultatele proiectului au fost obinute, s fie indicate principalele instrumente/metode aplicate pentru obinerea rezultatelor, s se descrie cum au fost implicate ?n proiect grupurile int i cum au beneficiat grupurile int de acest proiect. Rezumatul trebuie s cuprind urmtoarele puncte obligatorii:

De ce a fost nevoie de proiect? Cum vor fi rezultatele susinute mai departe?

Care a fost obiectivul i ?n ce msur a fost atins? Care a fost impactul?

Care a fost rezultatul ateptat i ?n ce msur a fost el atins?

Ce rezultate au fost obinute?

Cum au fost implicai beneficiarii? Care a fost principalul beneficiu?

Ce s-a obinut prin parteneriatul cu entitile din statele donatoare?

Subliniai valoarea adugat adus prin participarea partenerului/partenerilor ?n atingerea rezultatului ateptat sau a rezultatelor concrete ale proiectului.

Soarele este sursa de energie cea mai abundenta si curata dar numai o parte a acestei energii este folosita in prezent. Cresterea eficientei celulelor fotovoltaice si scaderea costurilor de productie ale acestora sunt obiectivele principale ale cercetarii in acest domeniu. Tema acestui proiect este optimizarea performantelor celulelor fotovoltaice sensibilizate cu pigmenti prin introducerea unui nou concept in ceea ce priveste separarea purtatorilor de sarcina fotogenerati, prin inlocuirea unor materiale deficitare cu altele care prezinta caracteristici superioare, si prin dezvoltarea unor metode de productie cu cost redus care pot fi aplicate pe scara larga. In acest sens, proiectul contribuie la eforturile de cercetare pentru:

-

reducerea emisiilor de gaze de sera si a poluantilor atmosferici; celulele fotovoltaice nu

prezinta emisii de gaze de sera, cantitatea de poluanti atmosferici emisi in timpul fabricatiei fiind

minimizata prin folosirea de materiale ecologice si abundente;

-

cresterea procentului energiei regenerabile in bilantul energetic al Romaniei si al Tarilor

Participante; dezvoltarea unor celule fotovoltaice cu pret redus si eficienta buna va incuraja

folosirea acestui tip de dispozitive in cladiri publice si private cum ar fi birouri, supermarket-uri,

case, scoli, etc.;

-

consolidarea bazei de cunostinte privind aplicarea tehnologiilor ecologice; vor fi

dobandite noi cunostinte despre modul de functionare a acestui tip de celule fotovoltaice,

modalitati de optimizare ale acestora, si despre Utilizarea celulelor fotovoltaice pentru conversia

energiei solare este de departe cea mai curata metoda de a produce energie electrica. Aparatul

?n sine are zero emisii de gaze cu efect de sera.

In prezent, piata de celule fotovoltaice este dominata de cele bazate pe Si cristalin (aproximativ 89% din piata, conform cu ) si pe filme subtiri (aproximativ 11% din piata, folosind in principal CdTe si GIGS). Celulele solare hibride cum sunt cele pe baza de pigmenti sensibili reprezinta acum un procent foarte mic din piata din cauza eficientei reduse. Prin urmare, exploatarea eficienta a energiei solare gratuite, minimizand costurile si dezvoltand aplicatii la scara

larga este in prezent un subiect de mare interes. Una dintre provocarile principale ale comunitatii de cercetare este dezvoltarea de materiale, dispozitive si sisteme fotovoltaice integrate mai ieftine, care sa fie capabile sa transforme energia solara direct in electricitate.

Proiectul PERPHECT a fost determinat, in mare parte, de progresul brusc si neasteptat raportat in toamna lui 2013 referitor la celulele solare in care se folosesc compusi halogenati cu structura perovskitica ca absorbant de fotoni. Structura standard a unei celule solare perovskitice este fabricata pe un suport de sticla acoperit cu un oxid transparent (FTO sau ITO) peste care se depun succesiv: un strat compact si unul mesoporos de TiO2 care actioneaza ca material transportor de electroni, absorbantul de lumina care este un perovskit halogenat (CH3NH3PbI3), notat prescurtat si ca MAPI, un material transportor de goluri (spiro-OMeTAD) si un electrod de spate de Ag sau Au. La acel moment valoarea record a eficientei conversiei fotovoltaice (PCE- Power Conversion Efficiency) a fost de ~15% ea fiind obtinuta pe o structura fabricata folosind o tehnica scumpa de depunere din stare de vapori. Progresul remarcabil obtinut in domeniul acestui tip de celule solare in perioada 2012-2013, a fost realizat folosind o abordare aleatorie, fara demararea unor studii fundamentale pentru intelegerea proceselor fizice si mecanismelor la nivel atomic ce determina le eficienta de conversie. Astfel, in privinta perovskitlui halogenat mixt (CH3NH3PbI3 in care parte din I este inlocuit cu Cl), valorile similare ale distantei de difuzie ale electronilor si golurilor generau cateva intrebari fundamentale legate de acest compus, cum ar fi: (i) absorbtia luminii duce la generarea de electroni si de goluri cu mobilitati similare, la generarea de excitoni sau la ambele tipuri de stari excitate ?; (ii) de ce inlocuirea unei cantitati mici de I cu Cl in perovskitul MAPI duce la o crestere asa de accentuata a distantelor de difuzie a purtatorilor de sarcina ? Se formeaza un camp electric intern care realizeaza o separare mai buna a perechilor electron-gol sau exista centrii de recombinare intrinseci care sunt anihilati de adaosul de Cl ? Apoi, in privinta structurii intregi a celulei erau intrebari suplimentare care trebuiau adresate in viitorul apropriat: (iii) in ce masura calitatea interfetei intre TiO2, respectiv a stratului spiro-OMeTAD si materialul perovskitic hibrid influenteaza separarea si colectarea purtatorilor de sarcina si cum poate fi aceasta controlata ? (iv) ar fi un material feroelectric mai potrivit ca un transportator de sarcina ? (v) poate fi electrodul transparent de ITO/FTO inlocuit cu materiale transparente mai accesibile sau cu nanoretele metalice fara a afecta eficienta de conversie ? (vi) poate fi structura realizata la scara larga pentru aplicatii practice prin folosirea de tehnologii cu cost redus cum ar fi imprimarea ? Aceste intrebari au stat la baza acestui proiect si eforturile de cercetare au fost efectuate cu precadere pentru intelegerea proceselor de generare si transport al purtatorilor de sarcina in absorbantul perovskitic halogenat precum si in intreaga structura a celulei in vederea gasirii de solutii pentru: (1) cresterea PCE si a stabilitatii in timp a celulelor solare pe baza de perovskiti halizi; (2) inlocuirea electrodului transparent ITO sau FTO cu alte materiale oxidice transparente mai prietenoase cu mediul (In si Sn sunt materiale deficitare, iar F este este daunator mediului si sanatatii), respectiv cu retele metalice care sa permita realizarea de celule flexibile; (3) inlocuirea transportorului de electroni TiO2 cu alt oxid transparent, care sa aibe structura cristalina perovskitica si polarizare interna (un material feroelectric); (4) dezvoltarea unei tehnologii ieftine de realizare a celulelor solare de suprafete mai mari (dimensiune maxima A4), bazata pe tehnica de tip ,,printare" si care sa permita realizarea de celule pe suport flexibil cu electrozi transparenti pe ambele fete ale celulei solare.

Prezentul proiect a inclus atat cercetare fundamentala cat si aplicata avand ca tinte: intelegerea principiilor fizice de functionare a celulelor solare cu perovskit, gasirea de solutii pentru cresterea eficientei de conversie, optimizarea tehnologiilor de fabricare si minimizarea costurilor si pe construirea

unui prototip functional ? echipamentul de printare a celulelor solare cu perovskit. Desi principalul

rezultat al activitatii de cercetare a fost publicarea de articole stiintifice si o cerere de patent, potentialul

pentru comercializare si dezvoltare in continuare a acestui tip de celule fotovoltaice si a sistemului de

printare dezvoltat in cadrul proiectului va fi exploatat si examinat in continuare, cercetarile pe tematica

proiectului reprezentand domenii prioritare in strategiile de cercetare ? dezvoltare ale institutiilor

implicate in proiect. Acest lucru asigura sustinerea institutiilor din proiect in continuarea cercetarilor si

noi aplicatii de proiecte la nivel national si international.

Obiectivul principal al acestui proiect a fost acela de a dezvolta dispozitive fotovoltaice bazate partial sau integral pe perovskiti, cu o eficienta de conversie apropiata de 20%, care sa fie fabricate cu materiale si tehnologii prietenoase mediului si costuri accesibile. Obiectivele specifice sunt: 1) Intelegerea mecanismului de obtinere a eficientelor ridicate folosind compusi perovskitici hibrizi ca absorbant in spectrul vizibil intre materialele transportatoare de electroni si goluri considerate deja "standard" (TiO2 si spiro-OMeTAD); 2) Cresterea ECF prin folosirea oxizilor perovskitici cu proprietati feroelectrice ca transportatori de purtatori de sarcina in celula; 3) Dezvoltarea de celule fotovoltaice flexibile cu absorbant perovskitic prin inlocuirea electrodului transparent de ITO/FTO cu nanoretele metalice; 4) Adaptarea tehnologiei de laborator de obtinere a celulelor fotovoltaice la tehnologii de scara larga de tip imprimare. Mai jos sunt redate principalele rezultate obtinute raportate la aceste obiective:

In ceea ce priveste obiectivul general al proiectului, echipa proiectului a reusit performanta de a obtine celule solare cu perovskiti halogenati in configuratie standard cu eficiente de conversie photovoltaica (PCE) de 15.4 %, reprezentand valori record pentru Romania si statele donatoare obtinute pe celule solare cu perovskiti. Trebuie mentionat ca valoarea de 15.4% reprezinta valoarea medie intre cea determinata din curbele Curent-Tensiune (J-V) masurate cu rate de scanare mici (20 mV/s) de la tensiunea de circuit deschis (Voc) catre 0V, caz in care eficienta PCE este de 16.2%, respectiv de la 0V la Voc, caz in care PCE este de 14.6 %. Asa cum s-a demonstrat teoretic si experimental pe parcursul proiectului legat de obiectivul specific 1), valorile de PCE pot creste semnificativ ca urmare a conditiilor de masura (pre-polare prin aplicare de tensiuni V>Voc si rata mare de scanare a tensiunii in timpul masuratorilor J-V). In acest sens, valoarea medie PCE=15.4% mentionata este o valoare reala, neamplificata de modalitatea de masura a caracteristicilor J-V. Desi valoarea PCE obtinuta este mai mica decat recordul pe plan mondial (~21 %), stabilitatea in timp si cu temperatura pana la 700 C a celulelor solare perovskitice standard cu electrod de spate de Au (structura celulei: FTO/TiO2/CH3NH3PbI2.6Cl0.4/spiro-OMeTAD/Au) realizate in cadrul proiectului este sensibil imbunatatita, devenind comparabila cu rezultate raportate recent de catre grupuri din strainatate pe structuri mai complicate care introduc straturi de materiale suplimentare sau au acoperiri protective pentru a imbunatati stabilitatea in timp. Astfel, dupa testari repetate, pentru mai mult de 3.000 de ore, sa constatat ca celulele solare produse in INCDFM au o scadere de maxim 10 % a valorii initiale a PCE, in conditiile in care celulele, neincapsulate, sunt pastrate in conditii de umiditate scazuta (~10%). S-a demonstrat ca principala cauza a degradarii in timp si a aparitiei histerezisului masurat in caracteristicile J-V este migrarea iodului din perovskitul halogenat. Folosirea Ag ca electrod duce la descompunerea ireversibila a MAPI si formarea compusului AgI pe electrodul de Ag, in acest caz celulele pierzandu-si aproape total eficienta de conversie in decursul unei luni. Acest lucru nu se intampla insa in cazul electrodului de Au, acesta neformand compusi stabili cu I.

Legat de obiectivul specific 1) principalele rezultate au fost: i) Au fost simulate configuratii de volum (bulk) ale halid-perovskitului precum si structuri cristaline ale oxizilor cu care halid-perovskitul este pus in contact, in primul rind TiO2, care este cel mai usual, obtinandu-se optimizarea structurala cu relaxarea completa a pozitiilor atomice. Un alt obiectiv important al simularilor configuratiilor de bulk ale halid-perovskitului este observarea orientarii moleculelor de metilamoniu CH3NH3 in reteaua cristalina. Rezultatele arata ca dipolii cu aceeasi orientare au corelatie si deci stabilitate mai mare fata de cei cu orientari opuse. Aceste rezultate sugereaza ca moleculele CH3NH3 interactioneaza si se

orienteaza paralel; (ii) Au fost efectuate simulari numerice atomistice si calcule de transport ale structurilor halid-perovkit depus pe TiO2 si pe oxid feroelectric precum si calcule de transport in modele de celule solare. Au fost considerate configuratii hibride de halid-perovskit CH3NH3PbI3-xClx plasat pe suprafata TiO2 de tip rutil. A fost analizat efectul subtituirii atomilor de iod cu atomi de clor la interfata cu oxidul, cu diferite concentratii x, asupra benzilor de energie si a distributiei de sarcina electrica. S-a stabilit ca introducerea clorului duce la cresterea saltului dintre bazele benzilor de conductie in asa fel incit transferul electronilor din perovskit in TiO2 este favorizat. In acelasi timp discontinuitatea virfurilor benzilor de valenta descreste, ceea ce dezavantajeaza transferul de goluri. Ambele efecte duc la o crestere a eficientei de colectare in celulele solare. Au fost studiati mai multi compusi, pe de o parte halidperovskiti de tip CH3NH3PbX3, unde X= Br, Cl si I, si pe de alta parte si oxizi de tip ATiO3, cu A= Ba, Pb si Sr, care pot avea faze feroelectrice; (iii) Un alt studiu teoretic a fost dedicat combinatiei de halid perovskit cu ZnO cu structura columnara, ca material alternativ la TiO2. Avantajul folosirii ZnO este o mobilitate crescuta a electronilor si reducerea temperaturi de preparare a probelor. Au fost considerate interfete cu ZnO, prescum si cu ZnO dopat cu aluminiu (AZO). Rezultatele arata ca ca alinierea benzilor de conductie si de valenta este discontinua in cazul interfetei ZnO/CH3NH3PbI3, cu "gropi" care impiedica transferul de sarcina prin interfata. Introducerea aluminiului elimina aceste gropi si creaza aliniament favorabil transferului de sarcina; (iv) A fost calculat curentul produs de un pachet de unde prin interfetele cu electrozii si au fost comparate cazurile cand interfetele sunt planare sau rugoase. Concluzia este ca in cazul interfetelor mesoporoase transferul de sarcina se face mai rapid decit in cazul suprafetelor zig-zag; (v) A fost dezvoltat un model electric dinamic (DEM) aplicabil celulelor solare cu perovskit halogenate. Modelul dinamic dezvoltat este capabil sa descrie fenomenele de histerezis observate experimental in caracteristicile J-V ale celulelor. Folosind o ipoteza simpla de relaxare a polarizarii electrice a dispozitivului se pot reproduce cu acuratete caracteristicile J-V experimentale. DEM este capabil a reproduce si caracteristicile J-V obtinute cu diferite viteze de scanare constituind un instrument foarte bun pentru calibrarea modelelor microscopice relevante pentru modul de operare al acestui tip de celule solare. Unul dintre rezultatele principale care au fost demonstrate atat teoretic cat si experimental este acela c se pot obtine diferite forme de histerezis J-V numai prin schimbarea tensiunii de polarizre iniiale. Prezena ambelor tipuri de histerezis, normal (NH) i inversat (IH) combin aparent rezultate contradictorii raportate ?n publicaii recente. DEM demonstreaza ca eficienta de conversie (PCE) variaz drastic ?n scanrile directe i reverse pentru NH i IH, cu o mare deviaie ?n regimul revers comparativ cu starea de echilibru: supraestimare de 27% pentru NH i subestimare de 48% pentru IH. ?n regimul de scanare direct al NH cu prepolare minima (in Voc) exista o deviaie de la valoarea real de PCE de doar 2.3%, ?n timp ce pentru IH se obtine o valoare PCE cu 28% mai mic. Astfel, DEM reproduce cele dou comportamente de histeresis datorate polarizrii iniiale punand ?n eviden importana controlrii precondiiilor CSP, starea indus de msurtorile anterioare le poate afecta pe urmtoarele. Protocolul de masura ?n trei pai dezvoltat, incluz?nd etapele de stabilizare, prepolarizare i msurare este potrivit pentru a obine date experimentale corecte i reproductibile, lucru extrem de important pentru determinarea exact a valorii PCE; (vi) Calculele atomistice pe sisteme formate din straturi cu compozitia CH3NH3PbI3-xCIx depuse pe suprafete (001) feroelectrice de tip perovskit ABO3 arata ca stratul feroelectric creeaza stari de interfata i efectiv induc o polarizare care va influenta pozitiv transportul electronic prin dispozitiv. Un strat de oxid perovskitic in stare feroelectrica la temperatura de functionare a celulei solare, cu polarizarea orientata dinspre interfata cu perovskitul hibrid ctre stratul ABO3, creeaza un potential intern care va determina o crestere a eficientei procesului de separare a sarcinii fotogenerate si a transportului acesteia prin interfete catre electrozii colectori; In cazul utilizarii unui perovskit feroelectric ATiO3, conductia electronica are loc in principal dupa coloanele Ti-O, ca si in cazul sistemelor cu perovskitul hibrid (PH) depus pe TiO2. Diferenta majora intre proprietatile acestor sisteme se datoreaza campului electric intern creat de polarizarea feroelectrica a ATiO3. Rezultatele obtinute pana in prezent indica posibilitatea unor diferente importante in realizarea transferurile de sarcina la interfata ATiO3-PH pentru A= Ba si respectiv Pb. Se poate deduce ca al doilea strat atomic de la interfata, BaO si respectiv PbO, au o influenta importanta asupra formarii legaturilor chimice TiO2-PbX2. Din simularile efectuate rezulta ca perovskitul hibrid in sistemele pe baza de BTO

poate acomoda o cantitate mai mare de Cl la interfata, fara aparitia unui efect negativ asupra schemei de aliniere a benzilor.

Legat de obiectivul specific 2) s-a reusit obtinerea de straturi feroelectrice de PTO si BTO, faza unica, atat prin metode chimice (sol-gel) cat si fizice (PLD). Depuse pe FTO aceste straturi au aratat o transparenta de ~75% iar depuse pe AZO de ~85%. Inlocuirea TiO2 cu PTO depus prin metoda sol-gel nu a adus o cretere a PCE, ci dimpotriv, semnalul obinut a fost aproape ?n totalitate diminuat datorit rezistenei serie mari a filmului de PTO introdus. Pentru a reduce rezistena filmului ferroelectric a fost schimbat metoda de depunere de la sol-gel la PLD. Ca urmare, celulele solare planare conin?nd un strat de PTO sau de BTO ?n locul stratului de TiO2 compact au demonstrat rezultate mai bune, cu valori PCE ctre 1%. Cu toate c valoarea PCE este ?nc sczut, rezultatele experimentale arat clar c eficiena colectrii sarcinilor poate fi ?mbuntit prin prezena unui strat feroelectric. Investigaii suplimentare constituie o necesitate pentru o ?nelegere mai profund a rolului interfeelor ?n celulele solare cu perovskit ce includ straturi feroelectrice ca materiale transportoare de sarcin.

In vederea realizarii de celule solare pe substrat flexibil (obiectiv specific 3)) cercetarile legate de inlocuirea electrodului transparent conductiv FTO cu alte materiale transparente si conductive, mai ieftine si mai prietenoase cu mediul, au aratat ca acest lucru se poate face cel mai simplu si efficient pprin folosirea numai a unei retele de nanofire metalice obtinute prin electrospinning. Folosind aceste substraturi, s-au realizat celule solare cu structura standard depunand straturile de TiO2 prin pulverizare, peste firele de Au. S-au obtinut astfel celule solare functionale cu eficienta PCE maxima de 12,20%. Electrozii flexibili se pot atasa usor si pe cealalta parte a celulei solare rezultand astfel o celula solara flexibila cu electrozi transparenti pe ambele fete. Problema tehnologica cu care ne confruntam in acest moment este ca din punct de vedere tehnic este foarte dificil de a scoate in mod reproductibil acest al doilea contact flexibil transparent in afara structurii pentru contactare. In stadiul atins pe durata proiectului reproductibila si fara probleme este numai varianta cu contact mecanic direct pe acest al doilea contact transparent si flexil de pe suprafata celulei.

Legat de obiectivul specific 4), in urma evaluarii numeroaselor tehnici de depunere straturi subtiri si a conditiilor de depunere a compusilor in cauza s-a concluzionat ca tehnicile ,,screen printing" (similara pulverizarii) si Doctor Blade sunt cele mai adecvate pentru fabricarea structurilor hibride ce include straturi organice i anorganice pe retele metalice nanometrice, prima metoda fiind destinata depunerii materialului transportor de electroni (TiO2 compact si mesoporos) iar a doua depunerii halidului perovskit si a transportorului de goluri (Spiro-OMeTAD). In felul acesta se pot realiza celule solare de dimensiuni mai mari decat cele obtinute in laborator, inclusiv pe suport flexibil. A fost elaborat Conceptul echipamentului "PERPHECT" ca echipament demonstrator (prototip), pentru printare straturi din structura celulelor solare pe baz de perovskii (CSP), cu doua zone de lucru (una de depunere si una de incalzire pentru tratamente termice pana la 1200C), cu precizie grosime de strat de 0.5 mm care permite aplicarea a 3 tehnici de printare (screen printing, doctor blade si wide bar). S-a realizat modelarea elementelor componente ale echipamentului, i a ansamblului acestuia, cu programul SolidWorks precum si proiectarea ,,Sistemului de comad i control" al echipamentului de printare. Pe baza acestora s-au demarat procesele tehnologice de fabricare i / sau asamblare a echipamentului de printare ,,PERPHECT". Echipamentul de ,,printare" a fost realizat in comun de catre INCDFM si Optoelectronica 2001 SA, pe baza studiilor efectuate in cadrul proiectului. Printerul are o structura modulara, fiind posibil aplicarea a trei tehnici diferite de depunere i anume: screen printing, doctor blade si wire bar. Astfel, se poate realiza depunerea succesiva a mai multor straturi de materiale si v?scoziti diferite ? aflate sub form lichid sau past. Acest printer are doua zone de lucru, una de depunere a straturilor ultra subtiri si alta de uscare/tratament termic (pana la 150C).

Pe langa realizarile tehnologice deosebite, proiectul a avut o puternica componenta de cercetare fundamentala (e.g. DOI: 10.1016/j.solmat.2016.09.012, DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b02375, DOI: 10.1039/C5CP05466D, DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b05823, DOI: 10.1016/j.solmat.2015.10.023, DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b00399, DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b04248) legata de functionarea si evaluarea

performantelor acestui tip de celule, inclusiv in vederea inlocuirii TiO2 cu materiale feroelectrice si a FTO cu oxizi transparenti conductori, rezultand 11 lucrari deja publicate in jurnale ISI, cu un factor de impact cumulat de 48,5, o cerere de brevet de inventie si 4 teze de doctorat din care 3 in curs de finalizare. Alte lucrari sunt in stadiul de pregatire sau submise spre publicare la jurnale ISI.

Rezultatele proiectului cu impact pe termen mediu si lung sunt:

- Inlocuirea materialelor rare (In, Sn din ITO), sau foarte nocive (F din FTO), cu nanoretele metalice din materiale abundente si fara impact asupra mediului) fara a mai necesitatea depunerea altor straturi transparente conductoare. Pe langa costurile reduse de fabricare, acest tip de electrozi au avantajul ca pot fi fabricati pe arii mult mai mari decat FTO.

- Introducerea unor electrozi transparenti conductori pe ambele pri pentru a folosi nu numai lumina soarelui, dar si, lumina de interior, vor face aceste celule foarte atractive pentru alimentarea dispozitivelor cu consum redus de energie electrica pe timp de noapte - acest potentiale aplicatii vor contribui la reducerea consumului de energie, a costurilor si a emisiei de gaze cu efect de sera, etc.

- Introducerea de tehnologii low cost cu aprenta de carbon redusa, cum ar fi acoperirea prin centrifugare sau imprimare, ce pot fi folosite pe suprafete la scara larga, pe substrate flexibile, cu un consum redus de energie comparat cu tehnologiile bazate pe Si, scazand de cateva ori pretul per watt comparativ cu tehnologiile implementate la nivel industrial).

- Dezvoltarea ulterioara, de la nivelul tehnologiei de laborator pe arie mare (A4) obtinuta in cadrul proiectului la scara industriala va avea un impact semnificativ asupra calitatii vietii, in special in Romania, prin generarea de noi locuri de munca si impulsionarea producerii de aplicatii cu valuare adaugata mare.

- O alta oportunitate de impact ce poate fi exploatata este valorificarea luminii de interior, care pentru moment este pierduta. O celula fotovoltaica pe o fereastra, transparenta pe ambele parti, poate folosi nu numai lumina soarelui, ci si lumina interioara in special pe timpul noptii. In timpul iernii luminile interioare sunt folosite intens in cladirile de birouri, cladirile publice, magazine, supermarketuri, etc. Desi puterea recoltata de la luminile de interior ar putea sa nu fie suficient de mare pentru a alimenta sisteme de ?nclzire sau motoare, ar putea fi de ajuns pentru sisteme cu consum redus de energie, cum ar fi calculatoare, monitoare, sisteme de securitate si de comunicare, etc. Reciclarea luminii de interior va duce la economii de energie si costuri mai mici pentru utilitati, suficient pentru a fi de interes pentru autoritatile publice sau companii private care detin cladiri mari de birouri sau centre comerciale. Acest lucru poate fi o nou piata de desfacere pentru IMM-ul partener, nu numai in Romania, ci si in tarile partenere, Islanda i Norvegia.

- Rezultatele obtinute in cadrul proiectului PERPHECT asigura Romaniei o prezenta competitiva in randul tarilor cu rezultate deosebite in dezvoltarea celulelor solare de tip perovskit, considerate a fi inlocuitoarele celulelor pe baza de Si. In plus, ofera oportunitati noi de dezvoltare pentru sectorul de energii regenerabile din tara prin faptul ca tehnologia de producere a celulelor este ieftina, ceea ce poate duce la preturi de vanzare accesibile pentru consumatorii obisnuiti (conceptul de ,,casa verde"). Cercetarea in domeniul celulelor solare va continua, fiind una din prioritatile strategice din planul de dezvoltare al INCDFM dar si in cadrul celorlalte institutii din consortiu.

Consideram ca rezultatele proiectului au un real potential aplicativ si institutia de cercetare coodonatoare din Romania, impreuna cu IMM-ul partener vazut ca prim beneficiar al proiectului, va incerca sa gaseasca schema de finantare adecvata, in scopul de a scala rezultatele proiectului de la modele de laborator la productia pe o scara industriala redusa. Piata tinta este cea a cladirilor de birouri, hotelurilor, mall-uri, etc. care pot folosi celule solare transparente ce pot folosi lumina de interior in paralel cu cea solara. Urmarim ca in 5 ani de la terminarea proiectului, tehnologia sa fie

suficient de matura pentru a aduce pe piata noile celule solare cu o eficienta mai mare de 10% si la un cost de maxim 0.4 dolari/W.

Parteneriatul a permis ?mbuntirea expertizei cercettorilor implicai ?n cadrul acestui proiect, ?n domeniul tiinific ?n care acesta se ?nscrie. Dei, ?n ultimii 10 ani, Rom?nia a ?nregistrat o cretere semnificativ ?n domeniul energiei nepoluante, majoritatea dispozitivelor dedicate sunt realizate pe baz de siliciu, iar tehnologia aferent este ?nc costisitoare. Un alt beneficiu decurs din urma acestui parteneriat este ca s-a demonstrat c pornind de la studii de cercetare fundamentala extinse la majoritatea partenerilor de proiect pot fi realizate dispozitive fotovoltaice performante, bazate pe perovskii, implic?nd tehnici compatibile cu cea de imprimare, care pot conduce la o reducere semnificativ a costurilor de producere, comparativ cu tehnologia bazat pe siliciu. Din punct de vedere al resursei umane, implicarea unor cercettori ?n formare i/sau a unor studeni doctoranzi a oferit posibilitatea unor oportuniti de ?mbuntire a expertizei si de formare a unor noi abiliti aplicabile si altor tematici de cercetare. Un alt factor, deosebit de benefic pentru partenerii romani, a fost siguranta finantarii proiectului, asa cum a fost planificat la inceput, lucru ce a permis derularea eficienta a activitatilor proiectului. Speram ca modul de abordare a cercetarii prin programul EEA sa devina un exemplu pentru autoritatile romane si in cazul proiectelor nationale. De asemenea, parteneriatul a permis realizarea unor lucrri tiinifice publicate ?n reviste naionale i internaionale de prestigiu, oferind astfel oportuniti pentru noi colaborri ?ntre parteneri si nu numai (PP a mai fost implicat in depunerea a 3 aplicatii in cadrul H2020 in 2016 si 2017 pe tematici legate de efecte fotovoltaice sau feroelectrice pe baza de oxizi perovskitici).

Un raport sintetic al realizarilor proiectului a fost publicat in format de revista intr-un numar de 100 de exemplare. Varianta electronica a acestuia se regaseste pe site-ul proiectului ().

Rezultate obinute ?n proiect prin parteneriat

Printr-un scurt rezumat se va descrie cum a contribuit fiecare partener la atingerea obiectivului proiectului i ce rol a avut fiecare partener ?n proiect (maxim 1.000 de caractere fr spaii, sub form de text). Se va pune accent ?n particular pe urmtoarele puncte obligatorii:

Cu ce a contribuit partenerul de proiect din statul donator la proiect la nivel tehnic sau profesional?

Cu ce a contribuit parteneriatul la atingerea rezultatelor ateptate i a rezultatelor concrete ale proiectului?

Ce anume s-a obinut prin parteneriat pentru ?ntrirea relaiilor bilaterale?

Este de ateptat un impact mai larg al parteneriatului? (de ex. cooperare internaional extins, diseminarea cunotinelor i a experienei, etc.)

Cei 3 parteneri din statele donatoare (P1, P2 si P3) au participat la realizarea straturilor de AZO si/sau TiO2, la caracterizarea fizico-chimica a acestora (P1 si P2 impreuna cu PP si P5) precum si la elaborarea modelelor teoretice dezvoltate (P3 impreuna cu PP si P4). Partenerii romani au efectuat cercetari legate de depunerea si caracterizarea straturilor de halid perovskit (PP si P5 prin spin-coating si imprimare; P4 prin evaporare), de PTO si BTO feroelectrice (PP), de spiro-OMeTAD (PP si P5), Au si Mo/Ag (PP), nanoretele metalice (PP) precum si legate de realizarea echipamentului demonstrator de printare (P5 si PP). Parteneriatul a permis ?mbuntirea expertizei cercettorilor implicai ?n proiect, schimbul de informaii stiinifice intre parteneri contribuind la reusita proiectului si la realizarea unor lucrri tiinifice publicate ?n jurnale de prestigiu, oferind astfel oportuniti pentru noi colaborri ?ntre parteneri inclusiv pe alte tematici (e.g. prin proiecte de tip MERANet finantate in prezent intre PP si P3). Se au in vedere aplicatii de proiecte comune inclusiv pentru viitoarea competitie lansata prin programul EEA).

Impactul socio-economic

Informaia va fi prezentat ?n maxim 1.000 de caractere fr spaii, sub form de text.

?n contextul diminurii resurselor pe baz de combustibili fosili, realizarea unor dispozitive prin care s se obtina ,,energie verde, curat" este foarte important. Acest parteneriat, dei a presupus cercetare primar, a demonstrat c pot fi fabricate dispozitive fotovoltaice performante, bazate pe perovskii cu tehnici de preparare ieftine, care pot conduce la o reducere semnificativ a costurilor de producere fata de celulele de Si. Implicarea unor cercettori ?n formare a dus la cresterea expertizei si formarea de noi abiliti ?n acest domeniu de cercetare.

Una dintre marile probleme in Romania este lipsa unei linii de producere a panourilor fotovoltaice la nivel national. Acestea sunt importate, apoi asamblate si instalate. Acest lucru creste costurile pentru centralele electrice utile pentru case, ferme mici, sau mici afaceri de familie. Aici proiectul poate avea un impact in urmatorii ani, prin producerea de solutii la costuri accesibile pentru oameni si companii cu venituri mici. Prin continuarea colaborarii cu IMM-ul partener, ne straduim sa extindem ?n urmtorii 57 ani tehnologia dezvoltata ?n cadrul proiectului la o productie la scara mica.

Concluzii

Vor fi prezentate informaii cheie ?n maxim 1.000 de caractere fr spaii, sub form de text.

Parteneriatul a dezvoltat celule solare pe baza de perovskiti (CSP), stabile in timp, cu eficiente medii de conversie photovoltaica de pana la 15.4% pe structuri standard (valori record pentru Romania si statele donatoare) si de pana la 10.2% pe structuri CSP flexibile in care electrozii de FTO au fost inlocuiti cu nanoretele metalice (rezultat unic la nivel international si neraportat inca in literatura). Au fost dezvoltate modele teoretice pentru straturi/interfete in CSP precum si care sa descrie comportarea electrica dinamica a acestui tip de celule solare. Corelarea intre experimente si teorie a a rezultat intr-o mai buna intelegere a fenomenelor fizice care determina performanta CSP, permitand optimizarea proceselor de realizare a celulelor, pe baza de cunoastere si nu in urma unor procedee de tip try&error. In final fost realizat echipamentul pentru printare CSP. Studiile intreprinse in parteneriat au condus la publicarea a 11 lucrari in jurnale ISI, cu un factor de impact cumulat de 48,5, o cerere de brevet de inventie, 1 teza de master si 4 teze de doctorat din care 3 vor fi sustinute in 2018. Alte 4 lucrari sunt in stadiul de pregatire sau submise spre publicare la jurnale ISI.

 ................
................

In order to avoid copyright disputes, this page is only a partial summary.

Google Online Preview   Download