Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых материалов и формирование объемной гетерофазной структуры полностью полимерных солнечных батарей.

Докладчик: Анохин Денис Валентинович

Должность: доцент, к.ф.-м.н.

Цель проекта:
Основной задачей проекта является создание полностью полимерных солнечных батарей с повышенной эффективностью и временем жизни активного слоя. Проект направлен на оптимизацию эффективности полностью полимерных солнечных элементов, которые будут созданы на основе сопряженных донор-акцепторных сополимеров и полимеров с модифицированными концевыми группами. Конечным результатом проекта является создание солнечных батарей с активными слоями, сформированными за счет явления самоорганизации с образованием объемной гетероструктуры заданной формы, размеров и состояния межфазной границы. Особое внимание будет уделяться решению принципиальных проблем, препятствующих увеличению эффективности полимерных солнечных батарей, что позволит не только сделать возможным их промышленное внедрение, но и предложить новые подходы к созданию новых классов органических электронных устройств.

Основные планируемые результаты проекта:
Будут исследованы фазовые диаграмм донорно-акцепторных блок-сополимеров с помощью рентгеновского рассеяния в малых и больших углах с контролируемой температурой (SAXS и WAXS). Будут получены важные данные о морфологии и формировании структуры блок-сополимеров, которые будут разработаны в рамках проекта. В частности, будет изучена зависимость типа морфологии блок-сополимера от условий ее формирования (состава блок-сополимеров, температуры и т.д.). Исследование фазовых диаграмм конечных функциональных полимеров с помощью рентгеновского рассеяния в малых и больших углах при контролируемой температурой. В частности, будет изучена морфология конечных функциональных полимеров, содержащих на концах цепей либо донорные, либо акцепторные группы. Будет специально исследовано влияние концевых групп на фазовое поведение таких систем.
Будет исследована морфология тонких пленок Д/А БСП, являющихся активными слоями органических солнечных батарей. С этой целью будут использованы методы рентгеновского рассеяния в скользящем пучке под малыми и большими углами (GISAXS и GIWAXS) для исследования тонких пленок блок-сополимеров, нанесенных на различные подложки.
Будет проведено тестирование полностью полимерных солнечных батарей для исследования влияния концевых групп на подвижность носителей заряда и эффективность.
Будут разработаны и получены моно-компонентные донорно-акцепторыне солнечные элементы с объемным гетеропереходом при помощи самоорганизующихся блок-сополимерных пленок с оптимизированной наноструктурой и оптоэлектронными свойствами.
Процессы формирования частично-кристаллических и/или жидкокристаллических структур в доменах блок-сополимеров имеют сильное влияние на конечную морфологию активных слоев. В частности, существование стабильных жидкокристаллических фаз (ЖК) (например, ламеллярных или колончатых фаз, образованных перилен диимидом) открывает эффективную возможность для ориентации упорядоченных доменов и повышения производительность солнечных батарей.
Для оптимизации производительности органических солнечных батарей ключевое значение имеет формирование доменов БСП с ориентацией, перпендикулярной к поверхности пленки. Гомеотропная ориентация жидкокристаллических доменов может быть достигнута путем изменения поверхностной энергии подложки и правильного выбранной термической истории образца.
Полученные в рамках проекта полностью полимерные солнечные батареи будут обладать контролируемой структурой и повышенной эффективностью.
Использование ЖК-фаз в качестве основного состояния при образовании гетероструктуры является важной инновационной составляющей проекта. Кроме того в проекте будет использоваться комплексный подход с привлечением современного экспериментального оборудования, включая аппаратуру, разработанную непосредственно в лаборатории, для определения основных параметров, определяющих структуру и ориентацию доменов. Это позволит эффективно оптимизировать процесс получения активных слоев органических солнечных батарей. Использование процессов самоорганизации без приложения внешних воздействий (механического, электрического и магнитного) может значительно упростить и удешевить получение органических солнечных батарей.
В большинстве публикаций, посвященных органическим солнечным батареям, основной акцент делается на детали технологического процесса формирования активных слоев, но мало значения уделяется фундаментальным принципам, определяющим взаимосвязь структуры и электронных свойств активных слоев. Опыт, накопленный у трудового коллектива проекта позволит разработать технологию получения объемных гетероструктур в активных слоях органических солнечных батарей, на основе общих принципов самоорганизации, не зависящих от конкретного полимера.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Новые технологии, разрабатываемые в проекте, позволят сократить издержки производства тонкопленочных фотоэлектрических панелей и повысить эффективность их работы. Ожидается, что производство подобных устройств станет коммерчески выгодным, и они станут конкурентоспособными по сравнению с традиционными устройствами на основе кремния.
В качестве путей доведения до конечного потребителя разрабатываемой технологии могут применяться следующие способы: продажа или передача патента на технологию предприятию-изготовителю или продажа или предоставление лицензии на производство продукции по разрабатываемой технологии. Также предполагается проводить освещение разрабатываемой технологии на специализированных конференциях и выставках. Развитие данных технологий очень важно в перспективе возрастания доли производства энергии из возобновляемых источников. Реализация результатов, полученных в рамках данного проекта не только в перспективе поможет уменьшить зависимость энергетики России от нефте- и газодобычи, но и позволит создать собственное наукоемкое производство высокотехнологичной продукции, востребованной в России и за рубежом.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, посвященных фундаментальным принципам создания органических солнечных батарей, основным методам исследования их структуры и функциональности, а также технологии производства таких батарей. Сформулировано обоснование выбора как материалов для создания высокоэффективных органических солнечных батарей, так и основные методики исследования формирования в них объемных гетероствруктур как в объеме, так и в тонких пленках. . Предложены основные пути оптимизации структуры и ориентации донорных и акцепторных доменов блок-сополимеров. Разработаны программы и методики характеризации основных параметров систем, определяющих производительность конечных устройств. Был проведен патентный поиск для установления патентной чистоты результатов, готовящихся для заявки на патент.
Принята в печать статья в журнале Langmuir (импакт-фактор 4.38)