Регистрация / Вход
Прислать материал

"Исследование новых технических возможностей для создания экологически чистого генератора водорода с использованием фотоэлектрохимического элемента на основе наноструктур полупроводниковых нитридов III группы"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
фотоэлектролиз, разложение воды, генератор водорода, gan/ingan структура, фотоэлектрохимический элемент, хлоридно-гидридная газофазная эпитаксия (хгфэ) наноструктурирование поверхности, наноколонки, усторйство для фотоэлектролиза

Цель проекта:
Основная цель выполнения ПНИ заключается в выращивании одиночных слоев GaN и структур GaN/InGaN, как нелегированных так и легированных Si или Mg, толщиной 3-10 микрон с гладкой поверхностью и без трещин на подложках из сапфира или кремния диаметром 2 дюйма, а также оценке составов полупроводниковых нитридов III группы, разработки методики пост-ростового нано-структурирования слоев, оптимальных для реализации фотоэлектрохимического эффекта с выделением водорода.

Основные планируемые результаты проекта:
Настоящий проект направлен на исследовании возможности создания экологически чистого генератора водорода с использованием фотоэлектрохимического элемента на основе наноструктур полупроводниковых нитридов III группы. Хлоридно-гидридная газофазная эпитакия (ХГФЭ) будет использоваться для выращивания легированных и нелегированных слоев GaN и GAN/InGAN структур, что в перспективе позволяет снизить издержки технологии (стоимость оборудования и расходных газов) в 3-10 раз по сравнению с методами ГФЭ-МОС и МПЭ.
Основные ожидаемые результаты:
- компьютерное моделирование условий выращивание экспериментальных образцов структур (слоев GaN) для уточнения параметров процесса их изготовления;
- изготовление экспериментальных образцов структур;
- экспериментальные исследования процесса выращивания одиночных слоев GaN, как нелегированных, так и легированных Si и Mg, а также структур GаN/InGaN на подложках из сапфира и кремния методом хлоридно-гидридной газофазной эпитаксии;
- изготовление макета генератора водорода с целью проверки правильности принятых технических решений по его конструкции и параметрам;
- проект технического задания на проведения ОКР по теме «Разработка генератора водорода с использованием фотоэлектрохимического элемента на основе структур полупроводниковых нитридов III группы».
К номенклатуре параметров экспериментального образца генератора водорода были сформулированы следующие требования:
форма фотоэлектрохимического элемента (ФЭХЭ) - квадрат, размер ФЭХЭ – 15х15 мм; допуск на размер ФЭХЭ - ± 0,1 мм;
металлизация по периметру Au; материал анода - платина(Pt); защитный материал ФЭХЭ – фторэпоксидный лак ФЛК-Пасп;
тип электролита - КОН или Na2SO4; концентрация электролита - 0.5 до 1.0 М; материал корпуса – химически стойкий.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Новизна решений, предлагаемой в данном проекте заключается в применении метода хлоридно-гидридной газофазной эпитаксии для роста структур и пост-ростового нано-структурирования поверхности образцов в виде колонок диаметром 100-300 нм и высотой до 1500 нм.
Публикация полученных результатов и рассылка препринтов заинтересованным лицам и организациям. Участие в тематических встречах, семинарах, конференциях и выставках. По результатам выполнения проекта, созданные результаты интеллектуальной деятельности, в том числе
отчетная, техническая (конструкторская и т.п.) и иная документация, будут переданы Индустриальному партнеру для коммерциализации результатов. Под коммерциализацией результатов понимается комплекс работ по организации и выполнению опытно-конструкторских/технологических работ, направленных на разработку комплекта технической документации в объеме и по качеству отработки, достаточного для постановки на производство диодов Шоттки.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты НИР могут найти свое применение в разработке генератора водорода и водородного топливного элемента способного в перспективе заменить двигатели внутреннего сгорания и обеспечить подачу электрической мощности потребителям, как в стационарном, так и в передвижном варианте.
Результатом выполнения данной перспективной НИР является появление возможности использования предлагаемой технологии для реализации на ее основе – и на примере прототипов (макетов) устройств, также являющихся результатом разработки, - экологически чистых и весьма дешевых способов получения чистого водорода с использованием энергии солнечного света.
Массовое использование подобной технологии может привести к дополнительной экономии средств вследствие применения ее в сфере нетрадиционной энергетики, к росту разработок и увеличению вариантов их успешного промышленного применения в области водородной энергетики, даст стимул для реализации новых НИР, ОКР и промышленных приложений в смежных областях (дальнейший прогресс в сфере приложений водородной энергетики, конструирования водородных двигателей, химической отрасли – и т.д.)

Текущие результаты проекта:
1.Обоснованы методы получения H2 с использованием ФЭХЭ.
2.Разработаны требования к номенклатуре параметров экспериментального образца генератора H2.
3.Разработана лабораторная методика пост-росторого нано-структурирования поверхности образцов в виде колонок диаметром 100-300 нм и высотой до 1500нм.
4.Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы структур, ФЭХЭ и генератора H2.
5.Изготовлены экспериментальные образцы структур, ФЭХЭ и генератора H2.
6.Разработана программа и методика испытания экспериментальных образцов структур, ФЭХЭ и генератора H2.
7.Проведено компьютерное моделирование условий выращивания экспериментальных образцов структур и уточнены параметры процесса их изготовления.