Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
органическая солнечная батарея, объемный донорно-акцепторный гетеропереход, донорно-акцепторная смесь, рентгеновская дифракция в скользящем пучке

Цель проекта:
Цели: Проектирование и создание специальной in-situ камеры для мониторинга в реальном времени структуры и электрических свойств активных слоев солнечных батарей на полимерной основе. Испытание созданной in-situ камеры на системах, включающих в себя полимерные доноры на основе политиофенов и акцепторы на основе производных фуллеренов. Разработка стратегии для повышения КПД и оптимизации эксплуатационных параметров органических солнечных батарей с помощью одновременного контроля структуры и электрических свойств активного слоя. Задачи: Разработка конструкторской документации на in-situ камеру и изготовление рабочего образца. Разработка методической базы для проведения экспериментальных исследований с помощью in-situ камеры. Оптимизация структуры и оптоэлектронных свойств экспериментальных образцов органических солнечных батарей при помощи in-situ камеры на системах P3HT – PCBM и PCPDTBT – PCBM . Разработка программного обеспечения для дистанционного измерения вольт-амперных характеристик и контроля температуры образца. Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Создание in-situ камеры для мониторинга структурных и оптоэлектронных свойств органических солнечных батарей».

Основные планируемые результаты проекта:
- Разработка и изготовление in-situ камеры для комбинированных исследований структурных и оптоэлектронных свойств солнечных батарей на органической основе.
- Разработка полного комплекта методологической документации для изготовления экспериментальных образцов органических солнечных батарей, полученных с использованием in-situ камеры.
- Проведение экспериментальных исследований структуры и оптоэлектронных свойств активных слоев органических солнечных батарей с помощью in-situ камеры, а также мониторинг их стабильности и эффективности.
- Получение патентов.
- Публикация статей.
- Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Создание in-situ камеры для мониторинга структурных и оптоэлектронных свойств органических солнечных батарей».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Одним из главных результатов выполняемого проекта являются дизайн, проектирование и создание in-situ измерительной ячейки, которая позволяет установить корреляции между структурой объемного донорно-акцепторного гетероперехода и эффективностью органической солнечной батареи. Эти корреляции позволяют оптимизировать параметры эффективности и эксплуатационные характеристики органических солнечных батарей на основе смесей политиофеновых доноров и акцепторов на основе производных фуллерена.
Разработанная измерительная ячейка имеет модульный дизайн, позволяющий обеспечить ее совместимость с различными конфигурациями экспериментальной установки по тестированию органических солнечных батарей. Основной модуль ячейки представляет собой герметичную камеру с держателем для образца и предназначен для проведения измерений по рентгеновскому рассеянию в скользящем пучке. Держатель образца будет иметь возможность термостатирования с рабочим интервалом температур от комнатной температуры до 150°C. При этом для нагрева используются резистивные нагреватели. Помимо совместимости разрабатываемой ячейки с экспериментальной установкой по рентгеновскому рассеянию в скользящем пучке, ячейка позволяет проводить одновременно с рентгеновским рассеянием измерения оптоэлектронных свойств активных слоев органических солнечных батарей. Для реализации одновременного измерения структуры и оптоэлектронных свойств пленок, начиная с процесса их формирования методом полива из раствора, и в ходе их дальнейшего термического отжига и эксплуатации, камера измерительной ячейки имеет контролируемую атмосферу.
Аналогов созданной камеры для in-situ измерений структурных и оптоэлектронных свойств нет.
Методологической основой проекта является проектирование и создание измерительной ячейки, в которой структурные параметры и электрические свойства активных слоев солнечных батарей определяются в реальном времени и при различных условиях эксплуатации. В частности, надмолекулярная структура и ориентация (текстура) активных слоев солнечных батарей контролируется с помощью рассеяния рентгеновских лучей геометрии скользящего пучка. Одновременно со структурной информацией проводится измерение оптоэлектронных свойств активных слоев с помощью специально созданного аппаратно-программного комплекса, совмещенного с вышеописанной ячейкой для структурных исследований. Среди измеряемых параметров особое внимание уделяется размерам кристаллических доменов в органических солнечных батареях, а также старению солнечной батареи на стадии эксплуатации в условиях, приближенных к естественным (влажность, температура и т.д.).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Новые технологии, разрабатываемые в проекте, позволяют повысить эффективность органических солнечных батарей и выработать стратегию для дальнейшего повышения их эксплуатационных свойств. В дальнесрочной перспективе производство таких устройств должно быть коммерчески выгодным, в особенности в контексте их коммерческого соревнования с традиционными устройствами на основе кремния. Развитие данных технологий очень важно в перспективе возрастания доли производства энергии из возобновляемых источников. В результате выполнения работ по данному проекту будут созданы дешевые средства получения электрической энергии.

Текущие результаты проекта:
1. Разработана эскизная конструкторская документация на in-situ камеру для комбинированных исследований структурных и оптоэлектронных свойств солнечных батарей на органической основе и на ее основе изготовлена камера.
2. Разработаны программы и методики экспериментальных исследований структуры и оптоэлектронных свойств активных слоев органических солнечных батарей с помощью in-situ камеры.
3. Создано программное обеспечение для дистанционного измерения вольт-амперных характеристик и контроля температуры образцов.
4. Разработана эскизная документация in-situ камера для мониторинга структуры активных слоев органических солнечных батарей во время эксплуатации.
5. Созданы органические солнечные батареи, на которых проведены экспериментальные исследования их стабильности с вариацией температуры и условий окружающей среды.
6. Проведена сравнительная оценка эффективности и стабильности органических солнечных батарей, обоснован выбор оптимального варианта и способа изготовления солнечных батарей на органической основе.