Школьники в «Сириусе» создали солнечный элемент нового поколения из псевдокубических кристаллов и изучили использование наночастиц в качестве удобрений. Разработка велась по направлению «Нанотехнологии» научно-технологической программы «Большие вызовы», которая проходила в Образовательном центре в июле 2021 года.
Пусть всегда будет «солнце»
Солнечные элементы из кремниевых панелей, распространенные сегодня, имеют коэффициент полезного действия не выше 25%. Ученые всего мира ищут материалы, позволяющие эффективнее преобразовывать солнечную энергию в электричество.
В «Сириусе» участники проекта усовершенствовали существующий солнечный элемент на основе перовскита, обладающего особой кристаллической структурой, добавив в него новые слои: тонкопленочную структуру на основе нанотрубок оксида титана и наноразмерную пленку органического полупроводника полианилина.
«Кристаллы перовскита имеют псевдокубическую форму, благодаря чему компоненты на его основе получаются тонкими, легкими и гибкими, а их высокая продуктивность сочетается с низкой себестоимостью. В результате применения новых технологических разработок наш проект решает сразу несколько задач. Новый солнечный элемент стал тоньше, дешевле и доступнее, при этом КПД панели за счет внедрения разработки может вырасти в разы», – пояснил участник проекта из Георгиевска Ставропольского края Авенир Королев.
Устройство батареи при этом настолько простое, что изготовить модуль можно в любой химической лаборатории. Юные ученые доказали это своим примером: все компоненты ребята сделали своими руками с использованием доступных технологий.
«На проекте школьники познакомились с такими методами получения наноматериалов, как spin coating или центрифугирование, электрохимическое травление и термическое воздействие, также они проанализировали сформированные наноструктуры с помощью атомно-силовой микроскопии», – рассказал руководитель проекта, старший научный сотрудник Ульяновского государственного университета, кандидат физико-математических наук Игорь Явтушенко.
По результатам проекта ребята написали методические рекомендации по созданию солнечных элементов нового типа.
Наночастицы на пользу растениям
Сегодня наноматериалы активно применяются как сельскохозяйственные удобрения, однако наночастицы могут оказывать как положительный, так и отрицательный эффект на растения. К примеру, клетки под воздействием наночастиц металлов в процессе окисления могут повреждаться – это называется окислительный стресс. Участники проекта изучили влияние на растения наночастиц различных металлов: церия, железа, кобальта, серебра, оксида цинка, чтобы оценить возможность использования их в качестве удобрений и стимуляторов роста.
Сначала школьники получили наночастицы при помощи новой технологии «зеленый синтез», то есть с использованием экстрактов растений. Затем обработали полученными наноматериалами овес, который сами вырастили в лаборатории.
«Мы оценивали воздействие наноматериалов на морфологическом, биохимическом и генетическом уровнях растений: влияние на рост и их развитие, появление аномалий, негативных реакций и фитотоксического эффекта. Ребята проводили эксперименты и освоили множество различных биохимических методов, чтобы понять – возможно ли из этих материалов создать полезные наноудобрения», – пояснила руководитель проекта, доцент Российского государственного аграрного университета – Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева Оксана Поливанова.
Исследования юных ученых помогут выявить перспективные для сельского хозяйства наноматериалы, определить, в каких концентрациях они наиболее эффективны и с какими изменениями в организме растения может быть связан их положительное действие.
«Классические удобрения усваиваются растениями не так хорошо, как наноудобрения. Большая их часть не приносит пользы, в результате чего теряется продукт и деньги. Наши наноудобрения можно использовать в небольших количествах, они полностью усваиваются растением, то есть это экономически выгодно, сократит нагрузку на почву и увеличит продуктивность», – пояснила участница проекта Дарья Боброва из Москвы.
В будущем школьники планируют продолжить работу над проектом: исследовать другие растения и металлы, провести еще больше анализов. Базой для дальнейшей работы над проектом выступят партнеры – академия имени К.А. Тимирязева и Региональный центр выявления и поддержки одаренных детей в Орловской области «Созвездие Орла».
Справочно:
Научно-технологическая проектная образовательная программа «Большие вызовы» прошла в Образовательном центре «Сириус» с 5 по 28 июля. Одно из 12-ти направлений программы – Нанотехнологии, которое было реализовано при поддержке Фонда инфраструктурных и образовательных программ (Группа РОСНАНО). Задача ФИОП – содействие формированию кадрового ресурса наноиндустрии Российской Федерации, а также ранняя профориентация и популяризация среди детей и молодежи сведений о нанотехнологиях и наноиндустрии. Участниками направления стали 32 школьника, которые работали над шестью проектами в области экологии, медицины, электроники, энергетики и других.
