Регистрация / Вход
Прислать материал

14.618.21.0003

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.618.21.0003
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Автономная некоммерческая образовательная организация высшего профессионального образования "Сколковский институт науки и технологий"
Название доклада
Разработка гибких гибридных наноструктур с гетеропереходами для оптоэлектроники
Докладчик
Насибулин Альберт Галийевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Основной целью проекта является исследование и разработка новых наноструктур с гетеропереходами для их применения в оптоэлектронике. Будут созданы прототипы устройств на основе наноструктурных p-i-n гетеропереходов из однослойных углеродных нанотрубок/кремния и проводящего полимера/кремния. Использование высокотехнологичных методик создания наноструктур в сочетании с моделированием их структуры и свойств позволит разработать гибридные наноструктуры с высокой эффективностью поглощения света, разделения и генерации носителей заряда.
Основная научная задача данного проекта – изучение и оптимизация гетероповерхности между кремниевыми тонкими пленками (аморфными и нанокристаллическими) и однослойными углеродными нанотрубками (ОУНТ) и/или электропроводящими полимерами (ЭПП) для последующей разработки прототипа эффективного и гибкого оптоэлектронного устройства, такого как солнечные элементы, для производства которых не требуются токсичные и редкие материалы и само производство не наносит ущерба окружающей среде. Особое внимание будет уделено возможности нейтрализации дефектов и ловушек на поверхности кремния с помощью использования слоев ОУНТ, ЭПП и их комбинации.
Актуальность и новизна исследования
Результатом проекта будут являться солнечные батареи нового поколения на основе углеродных наноматериалов и
электропроводящих полимеров. Такие батареи будут гибкими, тонкими и легкими, что позволит легко устанавливать их на
крышах и фасадах зданий, на крышах автомобилей, оборудовать ими системы уличного освещения и дорожные знаки, а также
в целом раширит возможные области использования возобновляемой солнечной энергии.
Солнечные батареи, созданные в рамках проекта, являются перспективными с точки зрения авиастроения, судостроения и
космической промышленности.
Описание исследования

В результате выполнения проекта будут разработаны и исследованы прототипы новых гибридных оптоэлектронных устройств, например, солнечных элементов. Использование созданных наноматериалов позволит заменить редкие, токсичные и дорогие материалы, используемые в настоящее время, и значительно уменьшить толщину создаваемых оптоэлектронных устройств и сделать их гибкими. Полученные при выполнении проекта результаты откроют новые возможности для создания новых технологий на основе углеродных нанотрубок в таких областях как наноэлектроника, оптоэлектроника и фотовольтаика.

Результаты:

1.Получение и исследование оптоэлектрических свойств отдельных слоев из одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ).

2.Получение и исследование оптоэлектрических свойств отдельных слоев из электропроводящих  полимеров (ЭПП) двух видов: поли[N-9’’-гепта-деканил-2,7-карбазол-алт-5,5-(4’,7’-ди-2- тиенил-2’,1’,3’-бензотиадиазол)] (PCDTBT) без примесей и с примесями замещенного фуллерена, т.е. [6,6]-фенил С 60-бутановая кислота метил эстер (PCBM) и поли(3,4-этилендиокситиофен) полистирена сульфонат (PEDOT:PSS), обладающих проводимостью p-типа.

3. Разработка структур с гетеропереходами между слоями PCDTBT/кремний, PCDTBT:фуллерен/кремний, PCDTBT:ОУНТ/кремний.

4. Создание теоретической модели оптимизированной гетероструктуры, ее оптических и электрических свойств с целью повышения эффективность преобразования солнечной энергии.

5. Разработка прототипа гибридного солнечного элемента на основе фотопоглощающего слоя тонкопленочного кремния в сочетании со слоями из одностенных углеродных нанотрубок, электропроводящих полимеров и ОУНТ:ЭПП.

6. Разработка рекомендаций по дальнейшей оптимизации прототипа гибридного солнечного элемента на основе проведенных исследований долговременной стабильности в специальной климатической камере при определенной температуре и УФ-излучении.

Результаты исследования

Результаты исследований в 2016 году:

1. Изготовление отдельных слоев из однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ), обладающих различной проводимостью и прозрачностью, нанесенных на нейтральную кварцевую подложку.

2. Исследование оптоэлектрических свойств изготовленных отдельных слоев из ОУНТ.

3. Проведение теоретического исследования и создание теоретической модели оптимизированной гетероструктуры, ее оптических и электрических свойств с целью повышения эффективности преобразования солнечной энергии.

4. Изготовление отдельных слоев из электропроводящих полимеров (ЭПП) двух видов: PCDTBT без примесей и с примесями замещенного фуллерена PCBM, а также PEDOT:PSS, обладающих различной проводимостью и прозрачностью, нанесенных на нейтральную кварцевую подложку.

5. Исследование оптоэлектрических свойств изготовленных слоев из электропроводящих полимеров (ЭПП) двух видов.

Практическая значимость исследования
Возможные потребители ожидаемых результатов - это исследовательские центры и коммерческие компании осуществляющие исследования и разработку солнечных элементов нового поколения. Ожидаемые в данном проекте результаты, позволяющие снизить затраты на производство солнечных элементов, толщину самых элементов, сделать их более гибкими и долгоживущими, позволят рассчитывать на привлечение возможных индустриальных партнеров, особенно в области освоения космоса и самолетостроения для разработки промышленных образцов на базе созданного прототипа, а также модификации и продвижения разработанных устройств.
Для поиска потенциальных потребителей и привлечения индустриальных партнеров необходимо расширять сотрудничество в рамках Европейской программы по исследованиям и инновациям Hоrizon-2020. Принимать активное участие в международных симпозиумах и тематических выставках производителей солнечных батарей.