Создание фотовольтаических ячеек на основе молекул красителей и наночастиц металлов
Руководитель проекта: , д. ф.-м. н., профессор, директор института молекулярной нанофотоники.
Цель проекта: Создание сенсибилизованной красителем фотовольтаической ячейки высокой эффективности на основе новых принципов использования локализованного поверхностного плазмонного эффекта наночастиц металлов.
Инновационность: В настоящее время основными критериями, определяющими какие фотопреобразователи солнечной энергии в электрическую будут использоваться, являются эффективность преобразования световой энергии в электрическую и стоимость фотоэлементов. В качестве обобщенного критерия, включающего оба упомянутых выше, используется стоимость 1 Вт установленной мощности. Наиболее широко используемые на практике кремниевые фотоэлектрические элементы очень дороги. Поэтому ведется поиск дешевых органических солнечных батарей.
В последнее время большую привлекательность приобрела идея создания дешевых и технологичных органических солнечных батарей с использованием широкозонных оксидных полупроводников и органических красителей (ячейка Гретцеля). Использование наночастиц металлов для увеличения эффективности сбора световой энергии ячейками Гретцеля может увеличить их КПД преобразования энергии.
Принципиальным отличием нашего проекта от аналогичных исследований является использование структур «ядро–оболочка», где ядром служит наночастица металла (Ag, Au), оболочкой – полупроводниковый оксид металла TiO2. Такая геометрическая конструкция позволит защитить наночастицу металла от окисления электролитом. Так же наличие полупроводниковой оболочки позволит избежать рекомбинационных процессов между металлами и красителем. Дизайн структуры частиц ядро-оболочка имеет решающее значение для достижения высокой эффективности устройства.
Область применения разрабатываемых солнечных ячеек может быть достаточно широкой и она обусловлена положительными качествами ячеек. Такие ячейки можно интегрировать в одежду, облицовочные покрытия, упаковку продуктов и т. д. Их можно скатывать в компактные рулоны, легко транспортировать, а при необходимости разворачивать и использовать в качестве компактных источников энергии, например, в тех местах, где доступ к электрической энергии ограничен. Республика Казахстан занимает большую территорию, где имеется большое количество мест с низкой плотностью населения. В этом случае использование электрической энергии, полученной от солнечных батарей, может стать экономически целесообразным. Кроме того, развитие солнечной энергетики в Казахстане важно и в экологическом аспекте. Особенно это касается промышленно развитых регионов с неблагополучной экологической обстановкой.
Разработана методика изготовления солнечной ячейки на основе пористых полупроводниковых пленок, допированных красителем. Изготовлен лабораторный макет солнечной ячейки, включающий в себя фотопреобразователь солнечной энергии в электрическую, измеритель тока и напряжения ячейки и источник света. В 2016 году планируются отработка методики изготовления солнечной ячейки с максимально возможным КПД, а также изучение эксплуатационных характеристик солнечных ячеек. В мае 2017 года будет представлен выставочный экспонат (экспозиции) фот овольтаической ячейки;
Для проверки соответствия выполнения работ календарному плану проекта «Создание фотовольтаических ячеек на основе молекул красителей и наночастиц металлов» 20 октября 2015 г. приезжала комиссия АО «Научно-технологический центр «Парасат». Дана высокая оценка по результатам проведенной проверки.
Завершенность проекта: 60%.
Лабораторный макет солнечной ячейки
