(Πρόταση 3730) Ενισχυμένη και μακράς διάρκειας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας κάτω από συνθήκες αμυδρού φωτισμού ή στο σκοτάδι χρησιμοποιώντας νέες αναδυόμενες φωτοβολταϊκές τεχνολογίες / Enhanced and Long-lasting electricity generation under dim lighting and dark using emerging photovoltaic technologies

Κωδικός Έργου :

80635

MIS :

3730

Πληροφορίες Έργου

Επιχειρησιακό Πρόγραμμα

2nd Call for H.F.R.I. Research Projects to support Faculty Members and Researchers

Χρηματοδότηση

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑΣ

Προυπολογισμός

170.439,00 €

Διάρκεια

01/04/2022 – 31/07/2024

Ιστοσελίδα

Λογότυπο Έργου

Αφίσα Έργου

Περιγραφή Έργου

Στην παρούσα πρόταση εξετάστηκε η αύξηση της συνολικής απόδοσης και τη σταθερότητας ηλιακών στοιχείων, που ανήκουν στην κατηγορία φωτοβολταϊκών τρίτης γενιάς, δηλαδή ηλιακές κυψελίδες ευαισθητοποιημένες με χρωστικές (DSSC) αλλά και με περοβσκίτη (PSC), εισάγοντας δύο νέες καινοτόμες προσεγγίσεις. Σύμφωνα με αυτές μπορεί: (α) να χρησιμοποιηθούν συγκεντρωτές ηλιακής ακτινοβολίας με την προοπτική τα εν λόγω ηλιακά στοιχεία να μπορούν να αξιοποιήσουν μήκη κύματος του ηλιακού φωτός τα οποία μέχρι τώρα δεν ήταν αξιοποιήσιμα με την τρέχουσα τεχνολογία και (β) να επιτρέψουν τη λειτουργία τους σε πολύ χαμηλές συνθήκες φωτισμού ακόμη και στο σκοτάδι. Συγκεκριμένα, ως πρώτη προσέγγιση προτάθηκε η χρήση υλικών που είναι δυνατόν να δράσουν ως φασματικοί μετατροπείς για την απορρόφηση φωτονίων που δεν μπορούν να απορροφηθούν αποτελεσματικά από τα υπάρχοντα φωτοβολταϊκά στοιχεία και να μετατραπούν σε μήκη κύματος περισσότερο κατάλληλα για αξιοποίηση, ξεπερνώντας τις απώλειες λόγω μη απορρόφησης (Ε>Εg) και στις δύο αναφερόμενες ηλιακές τεχνολογίες. Η δεύτερη προσέγγιση επικεντρώθηκε στην ενσωμάτωση καταλλήλων φωσφόρων μακράς διάρκειας έκλαμψης για να επεκτείνουμε τη λειτουργία και των δύο τεχνολογιών ηλιακών στοιχειών σε πολύ χαμηλές συνθήκες φωτισμού (π.χ. στη διάρκεια της νύχτας). Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του έργου και τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα που αυτό ανέδειξε, θεωρούμε πως το έργο είναι υψηλής προστιθέμενης αξίας στον τομέα των φωτοβολταϊκών τρίτης γενιάς, καθώς θα δώσει το έναυσμα για την περαιτέρω μελέτη της ενσωμάτωσης νέων υλικών σε ηλιακές κυψελίδες, που θα έχουν σαν στόχο την αύξηση της απόδοσης των συγκεκριμένων διατάξεων αλλά και την αξιοποίηση της εν λόγω τεχνολογίας σε συνθήκες πέρα από τις αναμενόμενες, διευρύνοντας έτσι το πεδίο εφαρμογών τους.

Οφέλη Έργου

Οι προγραμματισμένες ερευνητικές δραστηριότητες του έργου, ευθυγραμμίζονται με δύο θεματικές προτεραιότητες που περιγράφονται στο Στρατηγικό Σχέδιο Ενεργειακών Τεχνολογιών (SET) της Ευρωπαϊκής Ένωσης και αυτές ακολουθήθηκαν. Πρώτον, οι προηγμένες ερευνητικές δράσεις που είναι απαραίτητες για την φωτοβολταϊκή ενέργεια περιλαμβάνουν την ανάπτυξη νέων, χαμηλού κόστους, υψηλής απόδοσης και υψηλής σταθερότητας φωτοβολταϊκών που παρέχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, διατηρώντας έναν φιλικό προς το περιβάλλον σχεδιασμό. Αυτός ο στόχος επιτεύχθηκε με την ανάπτυξη νέων υλικών για βελτιωμένη σταθερότητα των φωτοβολταϊκών τρίτης γενιάς στην περιοχή της υπεριώδους ακτινοβολίας, η οποία συνήθως υποφέρει όταν εκτίθεται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εν τω μεταξύ, οι αναδυόμενες τεχνολογίες φωτοβολταϊκών, όπως τα PSC και τα DSSC, παρουσιάζουν τεράστιες βελτιώσεις τα τελευταία χρόνια. Η απόδοση ρεκόρ αυτών των συσκευών έχει φτάσει την απόδοση των ηλιακών κυψελών c-Si, η σταθερότητά τους βελτιώνεται συνεχώς, οι εφαρμογές τους επεκτείνονται, διατηρώντας χαμηλό το κόστος κατασκευής, παρέχοντας παράλληλα μια σειρά από μοναδικά χαρακτηριστικά και έναν πιο φιλικό προς το περιβάλλον χαρακτήρα σε σύγκριση με τα ηλιακά κυψέλες c-Si. Με την εφαρμογή των προσεγγίσεων που παρουσιάζονται στο παρόν έργο, το σταθμισμένο κόστος ηλεκτρικής ενέργειας (LCOE) των προαναφερθέντων αναδυόμενων φωτοβολταϊκών συσκευών μειώνεται περαιτέρω, όσον αφορά την ενίσχυση της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από αυτές τις συσκευές υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας (κατά τη διάρκεια της ημέρας με ηλιακό φως), ενώ παράλληλα δίνεται η δυνατότητα λειτουργίας τους σε εκτεταμένες συνθήκες. Επιπλέον, οι ερευνητικές δραστηριότητες του παρόντος έργου ευθυγραμμίζονται με τους στόχους που ορίζονται στην οδηγία της ΕΕ για την ανάπτυξη νέων υλικών, συσκευών και διαδικασιών για νέα και υφιστάμενα κτίρια, με στόχο την κατασκευή κτιρίων σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης.

Αποτελέσματα Έργου

Το έργο υποστήριζε δράσεις βασικής έρευνας και ως εκ τούτου σειρά από δημοσιεύσεις τόσο σε έγκριτα περιοδικά ή και συνέδρια ήταν από τα βασικά μετρούμενα μεγέθη ως αποτελέσματα του έργου. Η λίστα αυτών παρουσιάζεται παρακάτω:
1. Resonant Molecular Modification for Energy Level Alignment in Perovskite Solar Cells, Yunjuan Niu, Yaole Peng, Xianxi Zhang, Yingke Ren, Rahim Ghadari, Jun Zhu, Gavin Tulloch, Hong Zhang, Polycarpos Falaras, and Linhua Hu, ACS Energy Letters 2022 7 (9), 3104-3111.
2. Passivation Engineering Using Ultrahydrophobic Donor–π–Acceptor Organic Dye with Machine Learning Insights for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells, Mohamed M. Elsenety, Eleftherios Christopoulos, and Polycarpos Falaras, Sol. RRL 2023 7(10), 2201016.
3. Performance Enhancement and Stability Improvement in Perovskite Solar Cells via Interface Functionalization, C. Falaras and E. Stathatos, Electronics 2023 12 (15), 3319.
4. Additive Engineering of Imidazolium-based cation for defect passivation with enhanced performance and stability of carbon-based perovskite solar cells, Aggeliki Karavioti, Blaž Toplak, Ivan Jerman, and Elias Stathatos, Materials Science in Semiconductor Processing 2024 171, 107992.
5. Transparent luminescent down-conversion coating for improved performance and enhanced stability of carbon-based perovskite solar cells, Aggeliki Karavioti, Vasilios Duros, and Elias Stathatos, Optical Materials 2024 (154), 115757.]
6. A multi-functional transparent photonic-redox system for translucent blue dye-sensitized solar cells: Enhanced UV blocking, light utilization efficiency, color fidelity and near-unity bifaciality D.A. Chalkias, A. Nikolakopoulou, A. Mourtzikou, S. Perlepes, E. Stathatos, (submitted in Journal of Power Sources)

1. 37th Panhellenic Conference on Solid State Physics and Materials Science, 17-20 September Thessaloniki Greece. Oral, Title of presentation: “New UV to visible shifting material for enhanced performance of carbon-based perovskite solar cells in ambient conditions”
2. 17th INTERNATIONAL NANOSCIENCE & NANOTECHNOLOGY CONFERENCE 27-29 August 2023 Izmir Institute of Technology, Izmir, TURKEY. Oral, Title of presentation: All printed perovskite solar cells and modules for next generation energy production devices.
3. 17th International Symposium on Flexible Organic Electronics (ISFOE24) 1-4 July 2024, Thessaloniki, Greece. Poster, Title of presentation: Operation of SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ phosphor-based PSCs under low light conditions.
4. 16th International Conference on Hybrid and Organic Photovoltaics (HOPV24), 13th – 15th May 2024, València, Spain. Poster, Title presentation: Optical amendment of blue semi-transparent photovoltaic glass panes using a Eu3+-based down-conversion phosphor for enhanced UV-light protection and power conversion efficiency.
5. 14th Panhellenic Scientific Conference on Chemical Engineering, 29th-31st May 2024, Thessaloniki, Greece. Oral, Title presentation: Endeavors To Design Photo-stable Perovskite Solar Cells And Perspectives On The Enhancement Of Nano-photovoltaics Performance Through Polymer-perovskite Down-conversion Composite Materials Implementation.
6. 27th International Conference on Semiconductor Photocatalysis and Solar Energy Conversion (SPASEC27), Cyprus University of Technology, Limassol, Cyprus June 11- 14, 2024 Title of oral presentation: Down-conversion Composite Materials Implementation To All Printed Carbon based Perovskite And Dye Sensitized Solar Cells For Enhanced Performance And Improved Stability.