Регистрация / Вход
Прислать материал

Оптимизация эффективности органических солнечных батарей с помощью мониторинга в реальном времени структурных и электрических свойств активных слоев

Докладчик: Смирнов Александр Игоревич

Должность: Доцент кафедры "Материаловедение в машиностроении" НГТУ, доцент, к.т.н.

Цель проекта:
1. Органические солнечные батареи существенно дешевле солнечных батарей, созданных на неорганической основе, так как для их производства можно применять рулонные технологии (roll-to-roll) массового производства, существенно ниже температуры, а также не требуется вакуум. В то же время эффективность их работы ниже соответствующего показателя для классических солнечных батарей, созданных на неорганической основе. Эффективность работы солнечных батарей определяется структурой и оптоэлектронными свойствами активного слоя, представляющего собой смесь донорной и акцепторной составляющих. Таким образом, контроль данных свойств непосредственно при изготовлении солнечных элементов (in-situ) является важной технологической и научно-практической задачей, решение которой позволит управлять свойствами активного слоя солнечных батарей и добиться увеличения эффективности преобразования солнечной энергии. 2. Целью данного проекта является разработка стратегии для повышения КПД и оптимизации эксплуатационных параметров органических солнечных батарей с помощью одновременного контроля наноструктуры и оптоэлектронных свойств активного слоя. Для этого будет разработана и создана специальная измерительная ячейка для мониторинга в реальном времени структуры и оптоэлектронных свойств активных слоев солнечных батарей.

Основные планируемые результаты проекта:
Основным результатом выполняемого проекта является создание измерительной ячейки, необходимой для контроля в режиме реального времени (in-situ) структуры и оптоэлектронных свойств активного слоя с объемным гетеропереходом. В этом слое происходит поглощение солнечного света и генерация носителей зарядов, а также их разделение, что приводит к появлению разности потенциалов на электродах солнечного элемента. С использованием in-situ ячейки будет осуществляться мониторинг и оптимизация структуры и морфологии активного слоя органических солнечных батарей, основанных на объемном гетеропереходе.
Разрабатываемая в рамках выполнения проекта измерительная ячейка позволит проводить эксперименты, недоступные ранее, и в режиме реального времени получать новые результаты о материалах солнечных элементов. Данные результаты будут использованы при создании оптимальной структуры и морфологии активного слоя органических солнечных элементов.
Применение измерительной in-situ ячейки для мониторинга и оптимизации структуры и морфологии активного слоя органических солнечных элементов позволит создать материал активного слоя с высоким коэффициентом преобразования солнечной энергии, который будет конкурентоспособным на рынке органических солнечных элементов, созданных по технологии объемного гетероперехода в активном слое.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Измерительная ячейка предназначена для оптимизации технологии создания активного слоя солнечной батареи на полимерной основе в лабораторных условиях, а также для мониторинга структуры и оптоэлектронных свойств активного слоя при массовом производстве солнечных батарей.
2. Солнечная энергетика является одной из важных альтернатив традиционной углеводородной энергетике. В настоящее время в ряде европейских стран действуют программы, направленные на расширение использования электроэнергии, получаемой посредством солнечных элементов. В частности, идет активное внедрение солнечных элементов для питания частных домовладений. Однако в настоящее время стоимость энергии, произведенной при помощи солнечных элементов, примерно в два раза превышает стоимость энергии, произведенной из углеводородного сырья. Снижение стоимости солнечной энергии можно обеспечить повышением КПД преобразования и увеличением эффективности работы солнечных элементов. Эффективность преобразования в значительной степени обусловлена химическим составом и структурой активного слоя. Измерительная ячейка, которая будет изготовлена при выполнении данного проекта, позволит в режиме реального времени контролировать структуру активного слоя с объемным гетеропереходом и его оптоэлектронные свойства, что, в конечном счете, позволит увеличить КПД преобразования и тем самым снизить стоимость электроэнергии, производимой посредством солнечных элементов.
3. Солнечная энергия является неисчерпаемым ресурсом, тогда как возможности традиционной энергетики, основанной на сжигании углеводородного сырья, ограничены. Углеводороды являются невозобновляемыми источниками энергии.
Повышение эффективности преобразования солнечной энергии позволит снизить ее себестоимость, что, в свою очередь, приведет к расширению использования солнечных батарей для питания домов, различных переносных электронных приборов, и т.д. К странам, активно развивающим у себя солнечную энергетику, относятся в первую очередь США, Германия и Япония. Развитие работы по данной проблематике, в первую очередь, приведет к расширению международного сотрудничества в научной сфере и, возможно, в области производства солнечных батарей.

Текущие результаты проекта:
1.Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы и других материалов по in-situ исследованиям органических солнечных батарей.
2.Проведены выбор и обоснование методов in-situ исследований органических солнечных батарей на основе вариации смесей сопряженных
полимеров и фуллеренов.
3.Разработана in-situ камера для комбинированных исследований структурных и оптоэлектронных свойств солнечных батарей на органической основе, подготовлена конструкторская документация.
4.Проведен патентный поиск по российским и международным базам патентов по теме "Материалы для изготовления солнечных батарей и технологии их получения".