Revista >> Septembrie 2017 [Nr.197] >> Cover Story

În căutarea celulelor solare PERPHECTe, INCDFM edifică direcţia de cercetare a energiilor regenerabile

Alexandru Batali

27 Septembrie 2017

Proiecte şi dezvoltări postPERPHECT
În prezent, conducerea şi grupul de cercetare a celulelor solare de la Fizica Materialelor acţionează împreună pentru a găsi noi surse de finanţare ce pot duce mai departe studiile începute în cadrul PERPHECT, dar şi pentru a diversifica şi completa cercetările din domeniul energiilor regenerabile. Un proiect Idei a fost câştigat şi deja a început, o propunere de parteneriat complex aşteaptă rezultatele evaluarii, iar în competiţia pentru proiectele de cercetare postdoctorală şi de tinere echipe au fost depuse două proiecte ce au şanse de reuşită, în opinia noastră. Cercetători valoroşi, animaţi de dorinţa de a fi deschizători de drumuri pe subiecte aflate în vogă, sunt garanţia consolidării noului domeniu pe care mizează institutul.

Dr. Mihaela Florea a venit de la Universitatea din Bucureşti şi s-a alăturat echipei INCDFM la începutul anului 2017. „Am fost atrasă de notorietatea institutului, foarte bine cotat din punct de vedere al infrastructurii şi a producţiei ştiinţifice, de oportunitatea de a mă afla în echipa care va dezvolta direcţia cercetărilor din zona energiilor regenerabile şi pe o ramură a celulelor solare hibride aflată la început, dar foarte promiţătoare ştiinţific. Mai mult decât atât, în 12 iulie 2017 am demarat în cadrul grupului un nou proiect IDEI, care îşi propune să continue ceea ce INCDFM a început în zona cercetărilor celulelor solare şi a materialelor hibride organice-anorganice. Obiectivul este acela de a rezolva problemele de stabilitate identificate de către colegi, reproductivitatea metodei de preparare, studierea riguroasă a parametrilor de sinteză a acestor materiale. O altă ţintă ambiţioasă vizează înţelegerea şi obţinerea unui mecanism legat de degradarea acestor celule şi de generarea unei soluţii de stopare a acestui proces. Miza pe termen mai lung este să reuşim să depăşim stadiul cercetărilor de laborator şi să realizăm un prototip care să reziste la condiţiile de mediu existente, depăşind problema stabilităţii”, apreciază dr. Mihaela Florea. Cercetătorul este conştient şi de misiunea formativă care îi revine: „Fiind la început de drum pe o direcţie prolifică de cercetare şi în primul val de cercetători care acumulează experienţă, probabil voi avea și misiunea de a forma tineri cu noi competențe în acest domeniu, care să ni se alăture în acest efort de cunoaştere. De altfel, în proiectele depuse avem ca obiective şi organizare de workshop-uri, destinate nu numai studenţilor, ci şi publicului larg, care e bine să înţeleagă că energia electrică provenită din combusibili fosili se sfârşeşte şi e necesar să apeleze la surse alternative de energie, devenind mai responsabili faţă de ce se întâmplă în jurul său. Tematica abordată de proiectele noastre e introdusă pentru schimb de experienţa şi în programele de cercetare cu Franţa. În plus, ne întâlnim curând cu institute şi universităţi din Germania şi le vom face cunoscute preocupările din sfera celulelor solare hibride, în încercarea de a explora noi oportunități de colaborare”.

Dr. Lucia Leonat face parte din 2016 din grupul de cercetare care a lucrat la proiectul PERPHECT şi a adus cu sine experienţa internaţională câştigată în stagiile de pregătire doctorală şi postoctorală pe care le-a făcut în Austria, unde a avut ocazia să studieze celulele solare chiar pe baza materialului hibrid din perovskit. Recent, dr. Lucia Leonat a depus un proiect postdoc ce vizează studierea interfeţelor stratului fotoactiv perovskit cu alte materiale, cu scopul de a micşora atât pierderile de energie cât şi degradarea materialului, scopul final fiind acela de a îmbunătăţi astfel timpul de viaţă şi stabilitatea celulelor solare perovskitice. Rezultatele pe care le aşteaptă vizează tot zona aplicativă: „Mi-ar plăcea să obţinem unul sau mai multe module pe care să le furnizăm consumatorilor din zonele unde nu există energie electrică. Odată depăşită problema stabilităţii în timp, aceste module ar urma să ofere energia necesară încărcării unui telefon, a unui laptop sau ascultării radioului. Aş fi mulţumită chiar cu crearea de dispozitive funcţionale pentru câteva luni, care pot asigura mobilitate prin energia electrică pusă la dispoziţie. Să ne imaginăm de exemplu cazul unor turişti care pleacă pe munte şi pot avea acces la tehnologie de ultimă oră graţie rezultatelor cercetărilor noastre. Fac parte dintr-o echipă nouă, mi-ar plăcea să creştem împreună şi să dezvoltăm cât mai multe aplicaţii pornind de la perovskiți”.

La rândul său, dr. Cristina Beşleagă Stan a depus un proiect postdoc care îşi propune realizarea de foto - tranzistori pe baza materialelor hibride folosite în celulele solare. „Domeniul este la început chiar la nivel mondial şi ţinteşte înlocuirea electronicii din spatele display-urilor, compuse în prezent din tranzistori în strat subţire şi dispozitive LED (care emit lumină). Pentru eficientizare se doreşte, în cadrul INCDFM, realizarea unui dispozitiv integrat care să înglobeze ambele elemente. Perovskitul hibrid are capacitatea de a absorbi, dar şi de a emite lumină la diverse lungimi de undă (de la albastru la roșu). Modularea emisiei se poate face prin modificarea compoziției chimice a acestuia. Prin înglobarea perovskiților halogenați în micro-tranzistori ne propunem să obţinem dispozitivul dorit, ce poate contribui la creşterea luminozității şi a intensității culorilor afişate de display-uri, fără un consum mai mare de energie”.

În proiectul de parteneriat complex, unul dintre cele cele 4 proiecte componente este dedicat aprofundării metodelor de producere a energiei şi dezvoltării unui aparat de printat mai performant, care să permită depunerea unor straturi de materiale şi mai subţiri. Dezvoltarea va viza partea de scale-up, prin trecerea de la arii mici de celule, de 1 cm², la zeci de cm², pentru a putea fi asamblate în panouri solare.

„Încercăm să facem ce ştim mai bine: arhitectura în sine de celule sau de materiale ce pot fi folosite în alte aplicaţii legate de energie. Ne propunem să mergem cât mai sus pe ciclul de creare a unui produs: de la cercetare fundamentală la cercetare aplicativă, până la crearea de tehnologii, transfer tehnologic şi producţie. Interesul este să putem pune pe masă un panou care să poată produce energie şi care să convingă un investitor că este rentabil în regim de producţie”, afirmă dr. Lucian Pintilie, directorul ştiinţific al INCDFM.

Perspective
Toate aceste proiecte, care continuă munca şi rezultatele obţinute în PERPHECT, consolidează noua direcţie de cercetare adoptată de institut, cea a energiilor regenerabile, în timp ce alte domenii abordate de grupurile de cercetare din institut se vor orienta către zona de senzori, detectori sau pile de combustie şi vor diversifica gama de metode de obţinere a energiei. Dincolo de producere, INCDFM este preocupat şi de componenta de stocare a energiei şi are tematici legate de dezvoltarea de materiale cu constantă dielectrică mare sau a materialelor care au capacitatea de a înmagazina cantităţi mari de sarcină în volume mici, fiind materiale cu pierderi foarte mici, foarte bune izolatoare şi puţin sensibile la variaţiile de mediu.

„Acordăm o importanţă tot mai mare cercetărilor energiilor regenerabile şi am inclus deja această direcţie în strategia noastră de dezvoltare instituţională pe termen mediu şi lung. Schimbăm treptat şi tematicile pentru a aprofunda domeniul şi după ce ne vom face un nume pe partea cercetărilor din domeniul fotovoltaic, după ce vom publica articole ştiinţifice valoroase şi vom avea rezultate importante în proiectele pe care le conducem vom încheia parteneriate lucrative cu institute de cercetare aflate înaintea noastră pe tematicile de acest gen. Peste doi ani ne propunem să organizăm şi un workshop dedicat cercetărilor fotovoltaice”, detaliază dr. Lucian Pintilie.