Лучше использовать прилагательное: при доказанной высокой эффективности...
Вы правы в том, что выбор предлога зависит от предшествующего глагола.
Существует два слова: компонент и компонента. Об этих словах можно прочитать в «Словаре трудностей». В Вашем предложении уместно первое слово, поэтому корректно: ...исследование... их основных компонентов.
Нет, слова вместе с тем вводными не являются и запятыми не выделяются.