"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7595
ETF7595 "Anorgaanilistel fotoabsorberitel ja orgaanilistel funtsionaalsetel kiledel põhinevad päikeseelemendid (1.01.2008−31.12.2010)", Sergei Bereznev, Tallinna Tehnikaülikool, Keemia ja materjalitehnoloogia teaduskond.
ETF7595
Anorgaanilistel fotoabsorberitel ja orgaanilistel funtsionaalsetel kiledel põhinevad päikeseelemendid
SOLAR CELLS BASED ON INORGANIC PHOTOABSORBERS AND ORGANIC FUNCTIONAL LAYERS
1.01.2008
31.12.2010
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP400 Füüsikaline keemia1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT140 Energeetika 2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).50,0
PerioodSumma
01.01.2008−31.12.2008187 680,00 EEK (11 994,94 EUR)
01.01.2009−31.12.2009180 173,00 EEK (11 515,15 EUR)
01.01.2010−31.12.2010162 576,00 EEK (10 390,50 EUR)
33 900,59 EUR

Hübriidsed anorgaanilised-orgaanilised õhukesekilelised mitmekihilised struktuurid pakuvad ainet instensiivseteks teadusuuringuteks odavate päikesenergia muundurite väljatöötamisel. Orgaaniliste materjalide hulgas on potentsiaalsete kandidaatidena esil elektrit juhtivad polümermaterjalid ja ka fototundlikud orgaanilised pooljuhtmaterjalid. Nende kasuks räägib asjaolu, et enamikus sellistes materjalides ei moodustu anorgaanilise ja orgaaniliste valgust neelavate struktuurielementide piirpinnal täiendavaid rekombinatsioonitsentreid, suurendades seega põhilangukandjate eluiga päikeseelemendi struktuuris. Kombineerides ülalnimetatud materjale efektiivsete päikesevalgust neelavate anorgaaniliste pooljuhtühenditega nagu CdTe ja CdSe või vask-indium kalkogeniididega (CICh), võib saavutada märkimisväärset efekti päikesenergia muundamisel ja see ongi käesoleva projekti peamine tööhüpotees. Meie uurimisgrupp on viimasel kuuel aastal töötanud ETF grantide 5190 ja 6162 toel hübriideste päikeseelementide struktuuride uurimise alal ja tänaseks oleme saavutanud meie poolt uuritud struktuurides päikeseenergia muundamise kasuteguri kuni 4%. Pealegi on anorgaanilis-orgaaniliste struktuuride füüsikaliste ja keemiliste omaduste arendamisel veel piisavalt arenguruumi, mis võimaldab oluliselt suurendada ka nende materlide baasil valmistatud päikeseelementide kasutegurit. Käesolevas projektis on kavandatud uurida ja arendada päikesevalgust neelavate materjalidena polükristallilisi ja nanokomposiitseid kilelisi materjale. Kavas on välja töötada materjalide, mida edaspidi saaks kasutada päikeseelemendi struktuuris, valmistamise tehnoloogia ja uurida nende füüsikalisi omadusi. Täiendava valgust neelava materjalina komposiidis anorgaaniliste materjalidega kasutame polü-3-heksüültiofeeni (P3HT), mille tulemusena võiks paraneda valguse neeldumise efektiivsus. Tõhusa aukjuhtiva materjalina kontakt-puhverkihis on kavas kasutada märkimisväärselt stabiilsete füüsikaliste ja keemiliste omadustega valgust läbilaskvat polü-3,4 etüleendioksütiofeeni (PEDOT). Mitmekihiste struktuuride valmistamisel on kavas kasutada kaasaegseid õhukeste kilede valmistamise tehnoloogiaid nagu vaakuumaurustamine, “vurrpindamine” (spincoating) ning keemilist ja elektrokeemilist sadestamist. Projekt on oma iseloomult innovaatiline ning selle tulemus väljendub mitte ainult arvukates teaduspublikatsioonides vaid on ka aluseks odavate ja efektiivsete päikeseelementide valmistamise tehnoloogia väljatöötamisel.
In the field of research and development of low-cost solar energy converters, hybrid organic-inorganic solar cells in an all thin-film configuration deserve a serious investigation. Conductive polymers and photosensitive organic semiconductors can be applied as prospective materials for substitution of inorganic semiconductors in solar cells. The idea of using these materials is supported by the fact that no dangling bonds exist on the surface of organic semiconductors and they should not create additional centres of trapping and recombination at the interface with an inorganic photoabsorber. The combination of mentioned organic materials with effective inorganic photoabsorbers from A2B6 group (CdSe, CdTe) and the copper-indium chalcogenides (CICh) is the main idea of current project. The CICh and A2B6 are semiconductors with very high optical absorption coefficients and they are presently being extensively studied for application in solar cells. During the last 6 years a number of hybrid solar cells were prepared and investigated in our laboratory (ETF 5190, 6162). We have reached so far the overall photoconversion efficiency of prepared cells of around 4%. At the same time several fundamental problems are still unsolved and the structures must be optimized. The project will be devoted to the research and development of hybrid solar cells on the basis of polynanocrystalline multilayer structures and nanocomposites. The nanoparticles and polynanocrystalline thin films of mentioned photoabsorbers will be prepared and characterized and their suitability for the solar cells applications will be investigated and solar cells will be built up on the basis of developed structures. A number of prospective organic materials will be applied for these hybrid structures, e.g. stable transparent conductive polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) will be applied as the hole-conductor and contact-buffer layer in the complete cell structures. Poly-3-hexylthiophene (P3HT) with a high absorption coefficient will be involved as co-photoabsorber in the composite and laminated hybrid structures. Different technologies including vacuum evaporation, spin coating, chemical- and electrodeposition techniques will be used for production of hybrid solar cells. The object of this research is innovative and therefore, this project gives the good possibility for the publication of numerous articles and most likely will be as initial point for future innovative projects.