Evgeniia Gilshtein

Projekttitel

Fælles udvikling af flerdimensionelle grænseflader til tyndfilms-solceller - MultiDCell

Hvad handler dit projekt om?

Tyndfilms-solceller kan være lette, fleksible og fremstillet af materialer, der findes i rigelige mængder, men deres effektivitet er stadig begrænset af energitab ved grænsefladerne i enheden. Hvordan kan vi opnå en effektivitet i omdannelsen af lys til elektricitet på over 10% og dermed nærme os den teoretiske grænse, som ligger på over 28%? Dette projekt vil udvikle en ny solcellearkitektur, der kombinerer tre typer dimensionelle nanomaterialer: kvantepunkter – 0D, antimonchalkogenider – kvasi-1D og ultratynde 2D-lag. Hvert materiale har en specifik rolle: at styre krystalvækst, transportere elektriske ladninger og reducere defekter. Ved at kombinere systematiske eksperimenter og materialekarakterisering med teoretisk modellering vil vi identificere, hvordan disse grænseflader påvirker ladningstransporten og solcellernes ydeevne. Det langsigtede mål er at muliggøre mere effektive, stabile og bæredygtige tyndfilms-solceller, som ikke kun kan bruges til udendørs, men også til indendørs IoT-applikationer.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

Min interesse for fysik opstod i gymnasiet efter en inspirerende første time hos en fysiklærer, der fyldte klasseværelset med demonstrationer og eksperimenter. Den oplevelse gav mig lyst til at blive videnskabsmand. Min bedstefar, den eneste ingeniør i min familie, inspirerede også min nysgerrighed omkring, hvordan ting er lavet, og hvordan materialer fungerer, hvilket senere førte mig mod materialevidenskab. Under min kandidat-, ph.d.- og postdoktorale uddannelse blev jeg fascineret af nanomaterialer, såsom nanotråde og nanopartikler, fordi deres egenskaber kan tilpasses ved at kontrollere deres struktur, overflader og grænseflader. Hvor fantastisk er det ikke, at små nanostrukturer kan bruges som byggesten til meget forskellige enheder, fra sensorer og elektroder til energilagrings- og energikonverteringssystemer. Dette bragte mig naturligt tættere på bæredygtige energiteknologier, især solceller. Ydelsestab i sådanne enheder motiverede mig til at kombinere nanomaterialevidenskab med solceller ved hjælp af præcis grænsefladeteknik og min brede forudgående viden inden for området.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

En af de største videnskabelige udfordringer er at kontrollere, hvad der sker ved grænsefladerne i nanoskala mellem lagene i en tyndfilmsolcelle. Disse grænseflader indeholder ofte defekter, hvor elektriske ladninger rekombinerer, før de kan opsamles som elektrisk strøm, hvilket begrænser enhedens effektivitet. I dette projekt vil vi teste, om nanomaterialer med forskellige former, størrelser og dimensioner sammen kan løse dette problem: kvantepunkter vil styre væksten af lysabsorberen med effektive veje for ladningstransport, og transportlag vil passivere defekter. Det centrale perspektiv er ikke kun at forbedre solcellens ydeevne, men at forstå, hvorfor den forbedres, ved at sammenkæde grænsefladestruktur, ladningstransport og enhedens effektivitet.

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

På lang sigt kan dette projekt bidrage til billigere, lettere og mere bæredygtige solenergiteknologier. Tyndfilms-solceller kan potentielt fremstilles med mindre materiale og energi end konventionelle silicium-solceller, men deres effektivitet og stabilitet skal forbedres, før de kan blive bredt konkurrencedygtige. Ved at forstå, hvordan grænseflader styrer tab i en tyndfilms-solcelle, kan dette projekt levere designprincipper til fremstilling af bedre enheder af materialer, der findes i rigelige mængder på jorden. Hvis det lykkes, kan den opnåede viden understøtte udviklingen af stabile tyndfilms-solceller til bygninger og letvægtselektronik, hvilket vil bidrage til at fremskynde overgangen til vedvarende energi.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Sapere Aude-programmet vil udgøre et afgørende skridt i min karriere. Det vil give mig mulighed for at etablere en selvstændig forskningsretning inden for tyndfilms-solceller, opbygge mit eget lille forskerteam og udvikle den videnskabelige ledelse for et team bestående af yderligere én ph.d.-studerende (ud over den nuværende) og én postdoc under min direkte vejledning. Jeg skal skifte til en professorstilling inden for materialevidenskab til energiteknologier ved afslutningen af mit DTU Tenure Track-program. Bevillingen vil også give mig frihed til at forfølge en idé med høj risiko og højt udbytte, som ikke kan realiseres fuldt ud uden et sådant uafhængigt projekt. Det vil også hjælpe mig med at positionere mig internationalt som en førende forsker inden for bæredygtige energimaterialer gennem de foreslåede samarbejder.