Revista >> Septembrie 2021 [Nr. 237] >> Cercetare & Invatamant superior

INCDFM – Proiecte cu Norvegia

Dr. Ioana Pintilie, Dr. Oana Rasoga, Dr. Victor Kuncser

23 Septembrie 2021

Granturile SEE și Norvegiene oferă de ani buni entităților de cercetare din România ocazia dezvoltării de proiecte bilaterale și posibilitatea aprofundării la nivel internațional a unor teme științifice valoroase. Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM) prezintă trei noi proiecte în care este implicat, în calitate de coordonator sau partener, orientate spre oferirea de soluții inovative la probleme actuale de energie și mediu.

Proiectul PERLA-PV (Towards perovskite large area photovoltaics) a început în ianuarie 2021 și va avea o durată de 3 ani. Coordonat de INCDFM (PP), are ca parteneri Universitatea din Oslo (P1), Universitatea Reykjavik (P2), IFIN-HH (P3) și compania WATTROM (P4) asociată Tritech Group.

Scopul activității de cercetare din cadrul PERLA-PV este de a dezvolta celule solare pe bază de perovskiți hibrizi (PSC) și module fotovoltaice, eficiente, de suprafață mare, utilizând tehnologii ieftine și ecologice, aplicabile pe arii mari, din care să se elimine sau să se reducă la minim substanțele poluante folosite în mod uzual în timpul procesului de fabricație al PSC de arie mică. Celulele solare cu perovskiți au atras un interes considerabil în comunitatea fotovoltaică, prezentând o dezvoltare foarte rapidă în ceea ce privește eficiența conversiei energiei (PCE), atingând acum valori de PCE certificate în probe de suprafață mică de peste 25%, demonstrând astfel că pot deveni concurenți reali ai materialelor utilizate în mod obișnuit în fabricarea de celule solare (de exemplu Siliciu). Pe lângă PCE-ul remarcabil de mare, un atu foarte important este reprezentat de costurile reduse de producție al PSC, acestea putând fi fabricate din soluții. În plus, celulele solare de tip PSC pot fi procesate pe o gamă largă de substraturi flexibile, crescând în continuare recordul de putere pe greutate și implicit utilitatea lor. Deși valorile PCE ridicate și costurile scăzute de producție sunt avantaje importante pentru PSC, înainte de orice încercare de producție industrială trebuie depășite mai multe provocări: îmbunătățirea fiabilității și reproductibilității PSC-urilor, reducând în același timp problemele toxicologice și de mediu ridicate de utilizarea substanțelor toxice folosite în timpul procesului de fabricație. Acestea sunt probleme binecunoscute pentru PSC-urile de suprafață mică, standard și inversate, depuse prin centrifugare în laboratoarele de cercetare, și rămân inerent aceleași atunci când se urmărește fabricarea dispozitivelor de suprafață mare.

Proiectul PERLA-PV abordează aceste probleme pornind de la premisa că studii teoretice și experimentale coerente ar trebui făcute folosind de la început tehnici de depunere ieftine aplicabile pe suprafețe mari (imprimare și pulverizare). În afară de faptul că permit lărgirea suprafețelor de depunere, astfel de tehnici pot fi mai bine controlate, oferind o omogenitate în depunere semnificativ mai bună decât metoda de depunere prin centrifugare.

Proiectul PERLA-PV include cercetări fundamentale și aplicative care vizează atingerea de obiective științifice și practice, și anume: înțelegerea principiilor fizice de funcționare a celulelor solare cu perovskit și găsirea de soluții de a crește și stabiliza PCE în celule de arie mare; reducerea cantității de materiale scumpe și de solvenți toxici în procesul de fabricație a PSC-urilor standard și inversate și înlocuirea cu altele ieftine și prietenoase cu mediul; stabilizarea performanței PCE a PSC prin inginerie compozițională și înlocuiri corespunzatoare inclusiv a contactelor selective; îmbunătățirea eficienței de colectare de sarcină prin ingineria interfețelor în celulă; dezvoltarea de tehnologii de depunere pe arii mari pentru toate straturile componente a PSC, în configurație standard și inversată; obținerea de PSC-uri de arie mare și module fotovoltaice încapsulate cu eficiențe > 15%. În final vor fi fabricate module fotovoltaice complet operaționale, ce vor fi testate în mediul industrial relevant de către partenerul WATTROM. Se așteaptă ca, prin dezvoltarea de panouri fotovoltaice stabile, cu o eficiență optimizată și cu costuri reduse, să fie stimulată utilizarea unor astfel de dispozitive în clădirile publice și private, contribuind astfel la creșterea ponderii energiei regenerabile în bilanțul energetic din România și statele donatoare.

Proiectul ElastoMETA (”Metasuprafețe elastomerice acordabile pentru realizarea de senzori eficienți pentru detecția de plastice”), finanțat din fondurile Programului Cercetare asociat Granturilor SEE (EEA Grants)2014-2021 și administrat deUEFISCDI, început în iulie 2019 și având o durată de patru ani, este dezvoltat de către Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM), unitatea gazdă, în parteneriat cu SINTEF Microsystems and Nanotechnology (Norvegia), Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Microtehnologie (IMT) și Universitatea din București (UB), cu scopul de a aplica rezultatele actuale ale fotonicii și nanoștiințelor pentru problemele de mediu cauzate de deșeurile din plastic, ce necesită soluții noi de senzori.

În cazul în care tendințele actuale de producție și management al deșeurilor continuă să crească, se preconizează că aproximativ 12 miliarde de tone metrice de deșeuri din plastic vor fi colectate în depozitele de deșeuri sau în mediul înconjurător până în anul 2050. Materialele plastice reprezintă o problemă de mediu serioasă. De cele mai multe ori acestea nu sunt degradabile, cauzând probleme atât pentru viața terestră, cât și pentru cea acvatică. Astfel, se urmărește orientarea către o economie circulară, pentru a putea încetini și chiar opri acest tip de poluare, deoarece în acest concept producția, circularea și consumul nu produc efecte negative asupra mediului și nici nu secătuiesc resursele naturale existente. O componentă esențială a tranziției către oeconomie circulară inspirată din tiparul ciclic al naturii,implică transformarea deșeurilor în valori, oferind astfel stimulente pentru a reduce, refolosi și recicla.

Proiectul ElastoMETA încearcă să miniaturizeze componentele optice necesare pentru detectarea plasticului fără a compromite performanța, utilizând o nouă dezvoltare din cadrul fotonicii: metasuprafețele. Acestea sunt suprafețe nanostructurate care modulează lumina transmisă. În ciuda relativei lor simplități, metasuprafețele oferă o nouă paradigmă pentru manipularea avansată a câmpului electromagnetic datorită controlului fără precedent al fazei, polarizării, amplitudinii și dispersiei acestuia. Obiectivul ElastoMETA este de a dezvolta noi tipuri de metasuprafețe și procese de nanostructurare pentru microlentile și surse IR reglabile și eficiente (adică cele două componente centrale ale unui senzor spectroscopic) care să permită un proces de fabricare rentabil (v. figura de mai jos).

Astfel, proiectul ElastoMETA își propune săcontribuie la realizarea unui senzor spectroscopic care poate fi mic și ieftin, darcare oferă totuși performanțe ridicate. Maimulte detalii găsiți pe site-ul proiectului: https://elastometa.ro.