Fotovoltaika in elektronika

Raziskave in razvoj na področju fotovoltaike in elektronike imajo izjemen pomen za trajnostni razvoj z zeleno in digitalno preobrazbo. Na področju energetike je v Evropi in Sloveniji fotovoltaika ena izmed ključnih dolgoročnih trajnostnih rešitev za oskrbo z električno energijo in energijo nasploh. Predlog raziskovalnega programa ""Fotovoltaika in elektronika"" predstavlja nadaljevanje in nadgradnjo iztekajočega se raziskovalnega programa (2015-2021) na področju trajnostne energetike, ki zajema znanstvenoraziskovalne in inženirske vidike v tehnološki vertikali od materialov do energetskih ali elektronskih sistemov. Poudarek programa ostaja na fotonapetostni pretvorbi sončne energije v električno, njenem uspešnem izkoriščanju in učinkoviti rabi. Glavna tema so raziskave sončnih celic, fotonapetostnih (PV) modulov in sistemov s poudarkom na izboljšavah učinkovitosti fotonapetostne pretvorbe, energijskega izplena in življenjske dobe. Vključili smo tudi raziskave polprevodniških materialov, karakterizacije in preiskave večplastnih polprevodniških struktur, razvoj fizikalnih modelov za integracijo v računalniška orodja in numeričnih modelov za simulacije pogojev delovanja in optimizacijo optoelektronskih pretvornikov. Teoretično delo prepletamo in podkrepljujemo z eksperimentalnim delom, načrtovanjem in meritvami v okviru štirih stebrov: I) visokučinkovite sončne celice, II) fotonapetostni moduli in sistemi, III) optoelektronski gradniki, IV) senzorski sistemi. Poleg fotovoltaike program vključuje izbrane aktivnosti, posvečene drugim optoelektronskim elementom, zlasti strukturam s svetlobnim upravljanjem za sklopitev svetlobe v svetlobnih virih, kot so organske in perovskitne svetleče diode. Raziskovali bomo napredne teraherčne senzorje in sisteme ter razvijali tehnologije za antensko sklopljene mikro- ali nano-bolometre za razširjeno THz frekvenčno območje. V drugem sklopu senzorskih sistemov so raziskave osredotočene na umetni nos, kjer razvijamo rešitve za okoljski in osebni zdravstveni monitoring. V tretjem sklopu pa raziskujemo meje zmogljivosti in iščemo napredne rešitve za magnetna senzorska polja, ki temeljijo na Hallovih elementih, AMR ali TMR senzorjih, predvsem v luči določevanja položaja, kota in premika z zelo visoko natančnostjo. Poleg raziskav in teoretičnih ciljev načrtujemo konkretne prototipe sončnih celic in mini PV modulov ter senzorskih sistemov. Stremimo k odličnosti teoretičnih znanstvenih dosežkov kot tudi k inovativnim rešitvam za večjo konkurenčnost na globalnem trgu. Izobraževalni cilji so usmerjeni k prenosu sodobnih znanj v vsebine dodiplomskih in podiplomskih predmetov na bolonjskih študijskih programih UL FE in k usposabljanju študentov, mladih raziskovalcev in podoktorskih raziskovalcev, ki poleg opravljanja študijskih programov pridobivajo znanja iz fotovoltaike in elektronike ter spoznavajo metodologijo dela pri iskanju in razreševanju interdisciplinarnih problemov s širokega segmenta tehnike.

Predlagana programska skupina s preko 30 člani nudi primeren kadrovski potencial in izkazuje bogato tehnološko opremljenost, ki je osnova za enakovredno sodelovanje z drugimi uveljavljenimi evropskimi raziskovalnimi skupinami na področju fotovoltaike in elektronike. Slednje se odraža v mednarodnem sodelovanju skupine v evropskih in bilateralnih projektih ter povečanem številu skupnih objav z vodilnimi raziskovalnimi skupinami v Evropi (HZBerlin - Prof. S. Albrecht, FTMC - Prof. G. Valušis, EPFL-PVlab - Prof. C. Ballif, Frauenhofer ISE - Prof. A. Bett, itn.). Programska skupina bo še naprej sodelovala v evropskih projektih, predvsem (vendar ne izključno) na programu Obzorje 2020 in Obzorje Evropa, a tudi v neposrednih formalnih in neformalnih stikih z drugimi raziskovalnimi skupinami iz akademskih krogov in industrije. Predlagani raziskovalni program bo na področju fotovoltaike zajemal tri ključne raziskovalne vidike (učinkovitost pretvorbe, strošek in življenjska doba), ki so globalni znanstveni izzivi. Z dosedanjim skromnim financiranjem programa so člani programa glede na številne pomembne objave z veliko odmevnostjo vidno prispevali v svetovno zakladnico znanj in hkrati h krepitvi konkurenčnosti slovenske znanosti, inženirstva in gospodarstva. Tudi v prihodnje bomo skrbno načrtovali raziskovalne aktivnosti in skozi multidisciplinarno mednarodno sodelovanje ustvarjali nova spoznanja in znanja, nove koncepte in tehnološke rešitve, ki bodo vodila do novih inovacij in dodatnih raziskovalnih izzivov. Nadaljevali bomo z že uveljavljenim tesnim sodelovanjem z vodilnimi inštituti po Evropi (HZB, FZJ, ISFH in FhISE v Nemčiji, EPFL in EMPA v Švici, CEA in CNRS v Franciji, IMEC v Belgiji, CENER in CIEMAT v Španiji, ENEA v Italiji, FTMC v Litvi itd.). Poudarek v fotonapetostnih R&R&I bo usmerjen k ultra visoki učinkovitosti pretvorbe, nizkocenovnim visoko zmogljivim tehnološkim rešitvam in optimizaciji fotonapetostnih gradnikov. Naše znanje na področju fotovoltaike bomo uporabili tudi v R&R&I drugih optoelektronskih elementov, zlasti v pogledu upravljanja svetlobe v svetlobnih virih, kot so organske in perovskitne svetleče diode. Na področju senzorskih elektronskih sistemov bo poudarek na teraherčnih sistemih, senzorskih sistemih za zaznavanje izredno majhnih koncentracij molekul in večsenzorskih nano in mikro sistemov. Člani raziskovalnega programa bodo še naprej predstavljali svoje najnovejše dosežke na specializiranih mednarodnih konferencah (EU-PVSEC, IEEE PVSC, WCPEC, MRS, EMRS, OSA, SPIE, ESDIRCC itd.). Z objavo recenziranih znanstvenih člankov v uglednih mednarodnih revijah in knjig pri priznanih mednarodnih založb bodo člani prispevali v mozaik svetovne zakladnice znanj in k napredku na omenjenih strokovnih področjih. Načine objavljanja, ki bodo prispevali k razvoju znanosti in znanstvenih področij, je mogoče razvrstiti na: o objave izvirnih znanstvenih člankov v uglednih mednarodnih revijah, o objave poglavij v mednarodnih znanstvenih monografijah, o vabljena predavanja in predavanja ter o prispevke in organizacije mednarodnih in nacionalnih delavnic in konferenc.

Poleg temeljnih raziskav je predlagani program povezan z razvojem inovativnih rešitev in izdelkov na področju fotovoltaike in elektronike ter za krepitev sodelovanja s podjetji v Sloveniji in Evropi. Naša aktivna vloga bo prispevala k napredku nepogrešljivega segmenta tehnološkega razvoja v Sloveniji v smeri trajnostne oskrbe z energijo, razvoja fotovoltaike ter elektronskih in senzorskih sistemov ter razvijanja visokih tehnologij. Prispevali bomo h Klimatskemu načrtu 2030 ter nacionalnim in evropskih strategijam za oskrbo z energijo iz obnovljivih virov (i) s spodbujanjem prehoda na krožno gospodarstvo z nizkimi emisijami in zmanjšano porabo energije, (ii) z zmanjšanjem emisij CO2, (iii) z zanesljivostjo oskrbe z energijo in (iv) z zmanjšanjem uvoženih goriv v energetski mešanici, da se zmanjša potencialna ranljivost na ceno energije in/ali pretresov na področju ponudbe. Predlagani raziskovalni program bo prispeval k trajnostnemu razvoju v smeri zelene preobrazbe in digitalizacije. Slovenska fotovoltaična in elektronska industrija računa na pomoč in sodelovanje raziskovalne skupine kot največje in mednarodno priznane skupine za raziskave in razvoj v Sloveniji. Ponosni smo na naše nekdanje študente in doktorante, ki uspešno delujejo na vidnih mestih razvojnikov, podjetnikov in direktorjev v gospodarstvu. Svoje kadre bomo še naprej vzgajali s ciljem ustvarjanja novih tehnoloških znanj in inovativnih rešitev za uspešen prenos v gospodarstvo. Nadaljevali bomo z izobraževalnimi cilji z uspešnim izobraževanjem študentov dodiplomskega, magistrskega in doktorskega študija ter podoktorskega izpopolnjevanja. Vzporedno bomo usposabljali strokovnjake iz slovenske industrije in jih seznanjali s sodobnimi trendi. Prizadevali si bomo tudi za nenehno prenašanje rezultatov in izkušenj na področju raziskav in razvoja v splošni vzgojno-izobraževalni proces.