Excelentní vědci a vědkyně dnes obdrželi Cenu předsedy Grantové agentury České republiky (GA ČR) za mimořádné výsledky při řešení grantových projektů, kterou letos výjimečně předala místopředsedkyně GA ČR Stanislava Hronová. Prestižní ocenění za nejlepší základní výzkum obdrželi Martin Pivokonský (Akademie věd ČR), Vladimír Šindelář (Masarykova univerzita), Zdeněk Lánský (společné centrum Akademie věd ČR a Univerzity Karlovy BIOCEV), Klára Šeďová (Masarykova univerzita) a Marek Eliáš (Ostravská univerzita).
Oceněné výzkumné projekty přinášejí významné poznatky, díky kterým bude možné zajistit vysokou kvalitu pitné vody, využít některé organické látky při přípravě léčiv, lépe poznat dění v nitru nervových buněk, zlepšit vzdělávání žáků ve školách či více porozumět evoluci buněčných organel – drobných útvarů přítomných v buňkách rostlin a řas.
„Považujeme za nesmírně důležité oceňovat práci vědců a vědkyň, proto jsme i letos vybrali pět nejlepších grantových projektů. Bylo mi ctí předat Cenu předsedy Grantové agentury ČR laureátům, ovšem velmi mě mrzí, že ji nemohl udělit předseda GA ČR Jaroslav Koča, výjimečný vědec i člověk, který nás nedávno nečekaně navždy opustil. Ceny jsme udělili již poosmnácté a letošní výběr projektů opět dokazuje, že základní výzkum je v České republice na světové úrovni, “ říká místopředsedkyně GA ČR Stanislava Hronová.
Laureáti Ceny předsedy GA ČR jsou vybíráni na doporučení několika stovek vědců, kteří hodnotí projekty financované GA ČR. Přes třicet projektů postoupilo do užšího výběru, z nichž byly vybrány vítězné projekty z pěti oblastí základního výzkumu: technických věd; věd o neživé přírodě; lékařských a biologických věd; společenských a humanitních věd a zemědělských a biologicko-environmentálních věd.
„Grantová agentura ČR každý rok finančně podpoří stovky výzkumných projektů, a to na základě transparentního výběrového procesu. Jsme jedinou institucí v České republice, která již 28 let poskytuje účelovou podporu výhradně na projekty základního výzkumu. Budeme se snažit i nadále o vytváření vhodných podmínek pro kvalitní základní výzkum tak, aby vedl k dalším úspěchům českých vědců a vědkyň,“ uvádí místopředsedkyně GA ČR Stanislava Hronová.
Přehled laureátů a oceněných projektů
Technické vědy
doc. RNDr. Martin Pivokonský, Ph.D., Ústav pro hydrodynamiku Akademie věd ČR
Projekt zkoumal, jaký vliv mají organické látky, které produkují sinice, na úpravu vody při různé intenzitě míchání. Přinesl zásadní zjištění – pokud se změní intenzita míchání, nedochází ke změně velikosti vloček, které odstraňují znečišťující příměsi vody, plynule, ale skokově. Tyto podmínky ve výsledku rozhodují, jak bude celý proces úpravy vody účinný. Projekt tak přispěl k prohloubení teoretických znalostí úpravy vody koagulací a flokulací, které lze využít ke zlepšení stávajících technologií úpraven vody, a díky tomu zajistit pitnou vodu.
Vědy o neživé přírodě
prof. Ing. Vladimír Šindelář, Ph.D., Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity
Projekt se zabýval takzvanými bambusurily – organickými látkami, jejichž molekula se podobá části bambusového stvolu, podle něhož ji laureát, který je jejich objevitelem, pojmenoval. Blíže se zaměřilna chirální bambusurily, jejichž molekula není totožná s jejím zrcadlovým obrazem. Zjistil, že jsou schopny k sobě přednostně vázat pouze jeden z dvojice chirálních aniontů, čímž lze rozdělit dvojice aniontů a získat jen ty, které vykazují požadované vlastnosti. Díky tomu je možné využít bambusurily například při přípravě léčiv.
Díky tomuto projektu byl objeven mechanismus, který umožňuje molekulárním motorům najít schůdnou cestu v přeplněném nitru buňky. Přinesl zjištění, jak molekulární motory přepravují mitochondrie v nervových buňkách na dlouhé vzdálenosti a jak tento mechanismus zvyšuje spolehlivost transportu. Objasnění molekulárního mechanismu přináší poznatky významné pro další výzkum regulace transportu mitochondrií.
Společenské a humanitní vědy
prof. Mgr. Klára Šeďová, Ph.D., Filozofická fakulta Masarykovy univerzity
Projekt prokázal, mimo jiné prostřednictvím speciálně vyvinuté aplikace, že verbální zapojení žáků ve škole podporuje učení. Žáci, kteří při výuce komunikují, dosahují lepších výsledků než žáci, kteří v tichosti sledují pokyny učitele. Projekt přinesl zjištění, která lze využít ve školách ke zkvalitnění vzdělávání žáků a také odhalil, že komunikace během výuky může kompenzovat znevýhodnění dané méně podnětným rodinným zázemím žáků.
Zemědělské a biologicko-enviromentální vědy
prof. Mgr. Marek Eliáš, Ph.D., Přírodovědecká fakulta Ostravské univerzity
Projekt zásadně přispěl k lepšímu pochopení evoluce a funkce takzvaných plastidů – buněčných organel přítomných v buňkách rostlin a řas. Zmapoval metabolické funkce plastidu jednobuněčného bičíkatého organismu – bezbarvého krásnoočka. Odhalil také novou linii nefotosyntetizujících řasových bičíkovců s extrémně velkým plastidovým genomem a odkryl skrytý plastid v měňavkovitém organismu rodu Leukarachinon.
Cena předsedy Grantové agentury ČR
Cena předsedy GA ČR je pravidelně udílena od roku 2003 třem až pěti laureátům jako ocenění mimořádných výsledků dosažených při řešení grantových projektů ukončených v předchozím roce. Doposud bylo oceněno celkem 80 výjimečných vědců a jejich projektů. Každý laureát obdrží v rámci ocenění finanční odměnu ve výši 100 000 Kč. Ceny jsou udělovány v pěti oblastech základního výzkumu: technické vědy; vědy o neživé přírodě, lékařské a biologické vědy; společenské a humanitní vědy a zemědělské a biologicko-enviromentální vědy.
Grantová agentura České republiky
Grantová agentura České republiky (GA ČR) jako jediná instituce v naší zemi poskytuje z veřejných prostředků účelovou podporu výhradně na projekty základního výzkumu. Mezi cíle GA ČR patří financovat vědecké projekty základního výzkumu erudovaných vědců i začínajících mladých vědců a jejich týmů, vytvářet vhodné a atraktivní podmínky pro vědce a také podporovat a dále rozšiřovat mezinárodní vědeckou spolupráci. GA ČR zahájila svoji činnost v roce 1993.
Marek Eliáš je absolvent Přírodovědecké fakulty UK v Praze, od roku 2010 působí na Katedře biologie a ekologie Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity. Jeho ústředním odborným zájmem je snaha porozumět rozmanitosti jednobuněčných eukaryot (protistů) na jejich molekulární, genomové a buněčné úrovni. Věnuje se především srovnávací genomice, evoluci a funkci buněčných organel, proteinům ze skupiny GTPáz Ras nadrodiny a biologii eustigmatofytních řas. Vyučuje biologii protistů, genomiku a bioinformatiku.
Popis oceněného projektu Temná strana biologie plastidů: evoluce a funkce leukoplastů u řas
Plastidy jsou buněčné organely přítomné v buňkách rostlin a řas, které vznikly před více než miliardou let. Ačkoliv primárně slouží k fotosyntéze, v mnohých případech plastidy tuto funkci ztratily a změnily se ve struktury nazývané nefotosyntetizující plastidy nebo leukoplasty.
Projekt Marka Eliáše se zaměřil na evoluci a funkci těchto plastidů. Zmapoval metabolické funkce plastidu jednobuněčného bičíkatého organismu na pomezí mezi prvoky a řasami – bezbarvého krásnoočka. Odhalil také novou linii nefotosyntetizujících řasových bičíkovců s extrémně velkým plastidovým genomem. Navíc objevil skrytý plastid v měňavkovitém organismu rodu Leukarachinon.
Projekt zásadně přispěl k lepšímu pochopení evoluce plastidů a přinesl nové poznatky o vnitřním složení a fungování buněk.
Klára Šeďová stojí v čele výzkumné skupiny na Ústavu pedagogických věd FF MU, která se více než deset let soustředěně věnuje výzkumu výukové komunikace a jejích efektů. Práce týmu je založena na předpokladu, že výuková komunikace může být využívána jako nástroj pro intenzifikaci intelektuálního rozvoje žáků a zlepšování jejich vzdělávacích výsledků. Tým realizoval řadu výzkumných projektů v českých školách, výsledky byly na úrovni špičkových mezinárodních časopisů.
Popis oceněného projektu Vztah mezi charakteristikami výukové komunikace a vzdělávacími výsledky žáků
Existuje souvislost mezi tím, nakolik je žák během výuky aktivní a jak prospívá? Dosahují lepších výsledků ve škole žáci, kteří při vyučování více komunikují, nebo žáci, kteří spíše naslouchají?
Klára Šeďová spolu se svým týmem hledala odpovědi na tyto důležité otázky prostřednictvím kvantitativního a kvalitativního šetření za využití speciálně vyvinuté aplikace, která umožnila snímat komunikační zapojení žáků během výuky.
Tým dospěl k zásadnímu zjištění – verbální zapojení žáků ve škole podporuje učení. V rámci oceněného projektu bylo prokázáno, že žáci, kteří při výuce komunikují, dosahují lepších výsledků než žáci, kteří pouze v tichosti sledují pokyny učitele. Data také odhalila, že komunikace během výuky může kompenzovat znevýhodnění dané méně podnětným rodinným zázemím žáků.
Projekt přinesl významná zjištění, které lze využít ve školách ke zkvalitnění žákovského učení prostřednictvím zapojování žáků do výukové komunikace.
Zdeněk Lánský vystudoval fyziku na Matematicko-fyzikální fakultě Karlovy university. V současné době vede Laboratoř Strukturních Proteinů na Biotechnologickém ústavu AV ČR, která se zabývá dynamikou cytoskeletálních sítí. Cytoskeletální sítě tvoří vnitřní kostru buněk a jejich přeměňování pohání základní buněčné procesy, jako je například vnitrobuněčný transport. Cílem Laboratoře Strukturních Proteinů je porozumět rolím jednotlivých prvků cytoskeletálních sítí a tím přispět k pochopení daných buněčných procesů.
Popis oceněného projektu In vitro rekonstituce mitochondriálního transportního komplexu
Život je v neustálém pohybu – pohybují se jedinci, tkáně nebo buňky organismů. Jedním z důležitých pohybů, který probíhá uvnitř buněk, je transport mitochondrií. Mitochondrie lze přirovnat k „buněčné elektrárně“, která produkuje palivo buňky – energii umožňující další buněčné procesy, jako je například neuronová aktivita. Transport mitochondrií je zásadní pro život buňky, takže pokud dojde k problémům při jejich rozmisťování, vzniknou závažná onemocnění – například Parkinsonova nebo Alzheimerova choroba. Transport mitochondrií zajišťují takzvané molekulární motory, komplex několika molekul bílkovin, které se dokážou aktivně pohybovat v rámci buňky.
Díky projektu Zdeňka Lánského byl objeven mechanismus, který umožňuje těmto molekulárním motorům najít schůdnou cestu v přeplněném nitru buňky. Zjistil, jak molekulární motory mohou přepravovat mitochondrie v nervových buňkách na dlouhé vzdálenosti a jak tento mechanismus zvyšuje spolehlivost transportu.
Objasnění zkoumaného molekulárního mechanismu přináší zjištění významná pro další výzkum regulace transportu mitochondrií.
Vladimír Šindelář absolvoval inženýrská a doktorská studia, která se zabývala chemií polyimidů, na VŠCHT v Praze pod vedením prof. Petra Sysla. Následně strávil dohromady tři roky na postdoktorandských pobytech zaměřených na organickou syntézu a supramolekulární chemii. Nejprve působil na Heriot-Watt University ve skupině prof. Graema Cooka a poté na University of Miami ve skupině prof. Angela E. Kaifera. Od roku 2005 vede výzkumnou skupinu na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity.
Popis oceněného projektu Chirální bambusurily
Bambusurily jsou organické látky, jejichž molekula má tvar trubičky vysoké přibližně jeden nanometr. Podobá se části bambusovému stvolu, podle kterého ji pojmenoval jejich objevitel a řešitel projektu Vladimír Šindelář. Bambusurily v sobě dokážou uchovávat záporně nabité látky (anionty), a díky tomu mohou být využity k diagnostice nebo léčbě některých nemocí, například cystické fibrózy, případně pro sledování kvality některých potravin.
Vladimír Šindelář se blíže zaměřil na takzvané chirální bambusurily, jejichž molekula není totožná s jejím zrcadlovým obrazem. V rámci oceněného projektu takové bambusurily vytvořil a ukázal, že jsou schopny k sobě přednostně vázat pouze jeden z dvojice chirálních aniontů. Tím lze rozdělit dvojice aniontů a získat jen ty, které vykazují požadované vlastnosti, například vhodnou biologickou aktivitu. Díky tomu bude možné bambusurily využít například při přípravě léčiv.
Martin Pivokonský je environmentální chemik, hydrochemik a vodárenský technolog. V současnosti je ředitelem Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR a přednáší na Přírodovědecké fakultě UK. Profesně se zabývá výzkumem v oblasti znečištění a úpravy vody. Je autorem řady publikací v prestižních světových periodikách, příspěvků na mezinárodních konferencích a odborných knih. Je také tvůrcem řady technologií realizovaných na úpravnách vody, užitných vzorů, patentů a ověřených technologií.
Popis oceněného projektuVliv organických látek produkovaných fytoplanktonem na vlastnosti vloček tvořených během koagulace/flokulace při úpravě vody
Přes dvě miliardy lidí nemají přístup k nezávadné vodě. Úpravu vody na pitnou ztěžuje přemnožení sinic a jimi produkovaných organických látek, takzvaných AOM (algal organic matter) – ty například způsobují poruchy úpravy vody, komplikují odstraňování pesticidů nebo přispívají k vzniku vedlejších toxických produktů čištění.
V rámci oceněného projektu zkoumal Martin Pivokonský vliv AOM na průběh úpravy vody při různé intenzitě míchání. Zásadním přínosem projektu je zjištění, že pokud se změní intenzita míchání, nedochází ke změně velikosti vloček, které odstraňují znečišťující příměsi vody, plynule, ale skokově. Ve výsledku tak tyto podmínky rozhodují, jak bude celý proces úpravy vody účinný.
Projekt přispěl k prohloubení teoretických znalostí úpravy vody koagulací a flokulací, při níž dochází k interakci znečišťujících příměsí s látkami, které vodu upravují na pitnou. Zjištění Martina Pivokonského lze využít ke zlepšení stávajících technologií úpraven vody, a tím zajistit pitnou vodu i v případě přemnožení řas a sinic.
Ve čtvrtek 30. září budou již po osmnácté uděleny Ceny předsedy GA ČR za vynikající základní výzkum. Odborníky na dané vědní oblasti bylo nominováno 32 projektů financovaných GA ČR a ukončených v minulém roce. Jakých pět vědců cenu získá? To, se můžete dozvědět i díky živému on-line přenosu z Profesního domu Matematicko-fyzikální fakulty UK, který bude dostupný na této stránce od 14 hodin.
Cena předsedy GA ČR je udělována jako ocenění mimořádných výsledků dosažených při řešení grantových projektů ukončených v předchozím roce. Na základě doporučení několika stovek vědců bylo do užšího výběru na Cenu předsedy GA ČR za rok 2021 nominováno 32 projektů. Již příští čtvrtek proběhne slavnostní udělení Ceny předsedy pěti vybraným laureátům jako ocenění jejich projektů z pěti oblastí základního výzkumu: technických věd; věd o neživé přírodě; lékařských a biologických věd; společenských a humanitních věd a zemědělských a biologicko-environmentálních věd.
Kdo Cenu z uvedených nominovaných vědců získá? Podívejte se na živý on-line přenos předávání Ceny předsedy GA ČR z Profesního domu, kde budou laureáti vůbec poprvé představeni. Přenos poběží ve čtvrtek 30. září 2021 od 14 hod.
Seznam nominovaných řešitelů a projektů na Cenu předsedy GA ČR 2021
prof. Mgr. Tomáš Albrecht, Ph.D., Ústav biologie obratlovců AV ČR, v. v. i.
název projektu: Latitudinální a altitudinální trendy v pace-of-life syndromech Afrotropických a Evropských pěvců
prof. RNDr. Zdeněk Bouchal, Dr., Přírodovědecká fakulta UPOL
název projektu: Nové možnosti kvantitativního fázového zobrazení dosažené průkopnickými technologiemi pro transformaci geometrické fáze světla
prof. RNDr. Viktor Brabec, DrSc., Biofyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
název projektu: Ovlivnění rezistence nádorových buněk k chemoterapii s cílem obnovit jejich citlivost k novým, existujícím a dosud neúspěšným metalofarmakům
prof. Mgr. Marek Eliáš, Ph.D., Přírodovědecká fakulta OU
název projektu: Temná strana biologie plastidů: evoluce a funkce leukoplastů u řas
doc. RNDr. František Gallovič, Ph.D., Matematicko-fyzikální fakulta UK
název projektu: Bayesovská analýza parametrů zemětřesení: kinematické a dynamické modely zdroje konečných rozměrů
doc. Ing. Pavel Jelínek Ph.D., Přírodovědecká fakulta UPOL
název projektu: Formovaní kovalentních molekulárních komplexů na površích pomocí světlem řízených chemických reakcí
prof. Ing. Igor Jex, DrSc., Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT
název projektu: Fotonické kvantové sítě
Mgr. Petr Kadlec, Ph.D., Filozofická fakulta OU
název projektu: Vzdělání, hospodářství a společnost 1848–1914: Socioekonomické souvislosti rozvoje profesně-vzdělávací infrastruktury v rakouském Slezsku
doc. RNDr. Ing. Martin Kalbáč, Ph.D., Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i.
název projektu: Chytré póry v atomárně tenkých membránách z dvojdimenzionálních krystalů
doc. JUDr. David Kosař, Ph.D., LL. M., J. S. D., Právnická fakulta MU
název projektu: Beyond Compliance-Implementace rozhodnutí mezinárodních lidskoprávních těles na národní úrovni
prof. RNDr. Antonín Kučera, Ph.D., Fakulta informatiky MU
název projektu: Algoritmy pro diskrétní systémy a hry s nekonečně mnoha stavy
RNDr. Zdeněk Lánský, Ph.D., Biotechnologický ústav Akademie věd ČR
název projektu: In vitro rekonstituce mitochondriálního transportního komplexu
doc. Ing. Mgr. Martin Lux, Ph.D., Sociologický ústav AV ČR, v. v. i.
název projektu: Rizika a důsledky využití investic domácností do bydlení pro zvýšení příjmů v důchodovém věku
RNDr. Jiří Macas, Ph.D., Biologické centrum AV ČR, v. v. i.
název projektu: Využití nových modelů a technologií k objasnění determinace centromer u rostlin
prof. Ing. Petr Němec, Ph.D., Fakulta chemicko-technologická UPCE
název projektu: Pokročilé metody přípravy tenkých vrstev chalkogenidů a jejich modifikace
prof. Dr. Ing. Petra Patáková, Fakulta potravinářské a biochemické technologie VŠCHT
název projektu: Vztah mezi efluxem butanolu a tolerancí k butanolu u klostridií
doc. RNDr. Martin Pivokonský, Ph.D., Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i.
název projektu: Vliv organických látek produkovaných fytoplanktonem na vlastnosti vloček tvořených během koagulace/flokulace při úpravě vody
PhDr. Lumír Poláček, CSc., Archeologický ústav AV ČR, Brno, v. v. i.
název projektu: Životní styl a identita velkomoravské aristokracie: archeologická a bioarcheologická analýza dokladů nejvyšších elit v Mikulčicích
doc. Mgr. Kamil Postava, Dr., Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB-TUO
název projektu: Pokročilé spin-fotonické a kvantově nelineární zdroje světla
prof. MUDr. Jiří Raboch, DrSc., 1. lékařská fakulta UK
název projektu: Nové krevní biomarkery pro včasnou diagnostiku, prognózu a průběh Alzheimerovy nemoci
doc. PhDr. Marie Rakušanová, Ph.D., Filozofická fakulta UK
název projektu: Hypnotizér moderního malířství. Bohumil Kubišta a neklid raných evropských avantgard
doc. Jakub Sirovátka, Dr. phil., Teologická fakulta JU
název projektu: Proměny vztahu etiky a náboženství v díle Immanuela Kanta
prof. Ing. Peter Šebo, CSc., Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
název projektu: Interakce původce černého kašle s respiračním epitelem
prof. Mgr. Klára Šeďová, Ph.D., Filozofická fakulta MU
název projektu: Vztah mezi charakteristikami výukové komunikace a vzdělávacími výsledky žáků
Ing. Hana Šimonová, Ph.D., Fakulta stavební VUT
název projektu: Pokročilý popis šíření trhlin v kompozitech na bázi alkalicky aktivované matrice
prof. Ing. Vladimír Šindelář, Ph.D., Přírodovědecká fakulta MU
název projektu: Chirální bambusurily
Ing. Helena Škutková, Ph.D., Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT
název projektu: Výkonnostní techniky pro sestavování a anotaci bakteriálního genomu využívající číslicové zpracování genomických signálů
doc. RNDr. Jan Šťovíček, Ph.D., Matematicko-fyzikální fakulta UK
název projektu: Kvadratické formy a numerační systémy nad číselnými tělesy
prof. Abigail Tucker, Ústav experimentální medicíny AV ČR, v. v. i.
název projektu: Určení buněčného osudu v zubní plakodě: výzkum signálních faktorů, které determinují předurčení osudu buněk v časné ústní dutině
prof. MUDr. Ladislav Vyklický, DrSc., Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
název projektu: Molekulární, buněčné a behaviorální účinky steroidů působících na NMDA receptorech
RNDr. Anna Vymazalová, Ph.D., Česká geologická služba
název projektu: Experimentální a mineralogický výzkum vybraných chalkogenidů a slitin Pt-kovů
prof. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D., Přírodovědecká fakulta MU
název projektu: Lektiny a jejich úloha v interakci patogen/hostitel a buněčném rozpoznávání
Před deseti lety získal ve fotovoltaice nejčastěji užívaný polovodič křemík silného konkurenta – organicko-anorganické halogenidové perovskity. Od roku 2012 dokázali vědci zvýšit jejich fotovoltaickou účinnost na hodnotu přesahující 25 procent, zatímco u křemíku trval nárůst na stejnou hodnotu více než 60 let. Jak je možné, že tyto materiály dosáhly takto vysokých účinností za tak krátký čas? Martinu Ledinskému z Fyzikálního ústavu Akademie věd se díky Juniorskému grantovému projektu GA ČR podařilo dokázat, že defekty ve struktuře těchto materiálů nemají zásadní dopad na jejich optoelektronické vlastnosti, a tedy ani na účinnost fotovoltaické přeměny energie.
V čem spočívá výhoda perovskitů oproti křemíku?
Nedokonalosti krystalové mříže, takzvané defekty, jsou jedním z největších problémů fotovoltaiky, protože omezují účinnost fotovoltaického článku. U polovodičů, jako jsou křemík, arsenid gallia nebo germanium, je pro výrobu účinných solárních článků nutné připravit téměř dokonalý monokrystal. Monokrystal je obvykle velmi pomalu tažen z roztaveného materiálu při teplotách převyšujících 1000 °C. Jeho příprava je tedy energeticky velmi náročná.
Když se před deseti lety objevila pro fotovoltaiku úplně nová skupina polovodičů, halogenidových perovskitů, vědci z tohoto oboru velmi rychle poznali, že tyto materiály v sobě ukrývají obrovský potenciál. Důvod byl možná trochu překvapivý, ukázalo se totiž, že velmi dobře svítí, například v LED struktuře. To je znak vysoké kvality polovodiče a dobrý předpoklad pro excelentní výsledky ve fotovoltaice.
Halogenidové perovskity jsou připravovány za relativně velmi nízkých teplot 60 až 90 °C, což je velmi výhodné z hlediska energetických nákladů. Navíc je potřeba jen necelý mikrometr tenká vrstva a to je téměř tisíckrát méně materiálu než v případě křemíku. Ale právě nízká teplota vede k materiálům s velmi vysokou hustotou defektů, která je u perovskitů o několik řádů vyšší v porovnání s křemíkovým monokrystalem. Přesto všechna měření ukazují na velmi kvalitní materiál, který defekty významně neomezují.
Martin Ledinský, řešitel projektu
Čím to je, že u perovskitů nevadí defekty, a jsou vhodné pro fotovoltaiku?
Zásadní pro pochopení defektů v halidových perovskitech je pojem elektricky aktivní defekt, který jsme v našich pracích zavedli. Foton slunečního světla pohlcený v polovodiči v solárním článku vygeneruje elektron ve vodivostním pásu a zanechá ve valenčním pásu odpovídající díru, která se chová jako kladný náboj. Velká většina defektů v halidových perovskitech s těmito volnými nosiči náboje vůbec neinteraguje a především neumožňuje jejich zpětnou rekombinaci. V důsledku toho se elektrony a díry mohou v perovskitech volně pohybovat na vzdálenosti několika stovek nanometrů, což jsou vzdálenosti zcela dostačující pro efektivní fotovoltaickou přeměnu. Takovéto defekty potom nazýváme elektricky neaktivními defekty. Důsledkem jejich neaktivity je vysoká účinnost luminiscence. Při osvětlení tyto defekty dokonce migrují materiálem a zastavují se až na hranicích zrn, což je jeden z čisticích mechanismů snižující hustotu defektů. Halidové perovskity se tedy chovají jako velmi kvalitní polovodiče, ačkoli ve skutečnosti mají defektů požehnaně.
Organicko-anorganické halogenidové perovskity, které se využívají pro fotovoltaiku, zkoumají desetitisíce vědců. Jak se vám podařilo objasnit jednu z jejich zásadních vlastností?
Nosiče náboje v polovodičích interagují jak s defekty, tak s kmity mříže – fonony. Rozlišení mezi těmito dvěma efekty je netriviální, ale zásadní. Zatímco interakce s fonony je nevyhnutelná materiálová vlastnost, defektní interakci se dá předcházet, například přípravou kvalitnějšího materiálu – jako je tomu u krystalického křemíku.
Prvotní nápad na experiment, který by oba vlivy odlišil, vznikl během debaty s izraelským kolegou Davidem Cahenem o možném významu výsledků pocházejících ze studia teplotní závislosti absorpčních spekter těchto materiálů. Pro studium defektů jsme si vybrali materiály připravované kolegy ze Solárního centra Technické a vědecké univerzity krále Abdalláha (KAUST). Tato spolupráce nám zajistila nejkvalitnější dostupné vzorky, které mají po implementaci do solárních článků vysoké účinnosti. Na těchto vzorcích jsme měřili fotoluminiscenci halidových perovskitů při různých teplotách. Jak se materiál chladil, ubývalo interakcí nosičů náboje s mřížkou, resp. s fonony, ale příspěvek defektů v materiálu zůstával beze změny. Následkem toho se výrazně měnilo fotoluminiscenční spektrum a z jeho závislosti na teplotě jsme určili, nakolik elektron interaguje s kmity krystalické mříže a nakolik s defekty. Zjistili jsme, že elektrony mnohem více interagují s kmity mříže než se strukturními defekty, a v porovnání s krystalickým křemíkem je interakce s defekty dokonce výrazně nižší, ačkoli na samotný počet defektů halogenové perovskity jednoznačně vedou.
Z našich výsledků vyplývá, že nemá význam pokoušet se o výrobu solárních článků z monokrystalů, ale důležitější je kontrolovat povrch a hranice zrn halidových perovskitů.
Prosadí se perovskity v konkurenci krystalického křemíku?
Porovnání s krystalickým křemíkem je samozřejmě nutné, důležité a do jisté míry jej lze vnímat jako konkurenci. Ale zdá se, že křemík bude v blízké budoucnosti spíše partnerem halidových perovskitů v takzvaných tandemových solárních článcích. Pokud umístíme dva solární články s vhodnými vlastnostmi nad sebe, mohou využívat sluneční záření efektivněji, než když jsou použity jednotlivě. Již dnes jsou dvojčlánky perovskitu a křemíku výhodnější než jejich jednotlivé komponenty. Rekordní účinnost těchto dvojčlánků dosahuje již téměř 30 procent. Proto se tato kombinace zkoumá nejen v laboratořích, ale i ve výzkumných centrech fotovoltaických firem po celém světě. Budoucnost je tedy zřejmě v kombinaci těchto dvou materiálů, i když z pozice halidových perovskitů je nutný ještě velký skok kupředu. Nestačí jen vyrobit účinný perovskitový článek, je také nutné, aby takto vydržel po dobu alespoň 30 let stejně jako křemíková fotovoltaika. To je jedna z navazujících fotovoltaických výzev a téma pro další výzkum.
Abychom poskytli co nejlepší služby, používáme k ukládání a/nebo přístupu k informacím o zařízení, technologie jako jsou soubory cookies. Souhlas s těmito technologiemi nám umožní zpracovávat údaje, jako je chování při procházení nebo jedinečná ID na tomto webu. Nesouhlas nebo odvolání souhlasu může nepříznivě ovlivnit určité vlastnosti a funkce.
Funkční
Vždy aktivní
Technické uložení nebo přístup je nezbytně nutný pro legitimní účel umožnění použití konkrétní služby, kterou si odběratel nebo uživatel výslovně vyžádal, nebo pouze za účelem provedení přenosu sdělení prostřednictvím sítě elektronických komunikací.
Předvolby
Technické uložení nebo přístup je nezbytný pro legitimní účel ukládání preferencí, které nejsou požadovány odběratelem nebo uživatelem.
Statistiky
Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro statistické účely.Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro anonymní statistické účely. Bez předvolání, dobrovolného plnění ze strany vašeho Poskytovatele internetových služeb nebo dalších záznamů od třetí strany nelze informace, uložené nebo získané pouze pro tento účel, obvykle použít k vaší identifikaci.
Marketing
Technické uložení nebo přístup je nutný k vytvoření uživatelských profilů za účelem zasílání reklamy nebo sledování uživatele na webových stránkách nebo několika webových stránkách pro podobné marketingové účely.