Журнал научно-производственного предприятия “ КВАНТ “ (стр. 3 )

Известны попытки увеличить Uрц ФЭХП. С этой целью необходимо повысить редокс потенциал медиаторной системы и приблизить его к редокс потенциалу сенсибилизатора. Считается, что одноэлектронные редокс реагенты, например, ферроцены, малопригодны в качестве медиаторов [12]. Хотя такие частицы быстро восстанав-ливают окисленный сенсибилизатор, эти системы также имеют существенную темновую активность, благодаря облегченному восстановлению их окисленных форм электронами TiO2, что приводит к снижению Uрц и эффективности разделения зарядов [17, 18]. Однако такие выводы требуют дополнительной проверки. Так в работе [19] при использовании в качестве медиатора ферроцена получены очень хорошие характеристики ФЭХП при использовании органического сенсибилизатора на основе не содержащего металла смешанного модифицированного производного поли-азабензолполитиофена (Carbz-PAHTDTT) (рис. 9).

Было продемонстрировано, что характеристики ФЭХП с медиаторной системой Fc/Fc+ превышают соответствующие характеристики преобразователя с медиатором на коррозионно активной системе I-/I-3, а КПД достигает 7.5 %, при использовании в качестве сенсибилизатора не содержащей металла органической Carbz-PAHTDTT. В работе [20] развивается новый перспективный класс коррозионно неактивных модифицированных NiIII/NiIV бис(дикарболидных) комплексов и производных NiIII/NiIV бис(дикарболидных) комплексов, содержащих электродонорные и эле-ктроноакцепторные группы (рис. 10 и 11). Важной характеристикой ранее синтези-рованных NiIII/NiIV бис(дикарболидных) комплексов является их быстрая редокс трансформация [21]. В добавлении к не коррозионной природе NiIII/NiIV бис(дикарбо-лидных) комплексов и других металлоценовых систем. Они обеспечивают быстрый массоперенос и быструю регенерацию сенсибилизатора, что свидетельствует о быст-ром переносе электрона на сенсибилизатор [21]. Показано, что такие редокс системы, особенно комплексы 5 f/6, позволяют достичь высокие значения Uрц = 850 мВ, значительно повышающие типично наблюдаемые величины в системах I-/I-3 ФЭХП [22].

На рис. 12 представлены потенциалы полуволн синтезированных редокс систем на основе NiIII/NiIV бис(дикарболидных) комплексов в зависимости от величин констант Гамета – Тафта. Видно, что наибольшие значения редокс потенциалов у производных, содержащих электронноакцепторные трифторметильные заместители – CF3(5f).

МЕДИАТОРЫ НА ОСНОВЕ Cu(I) КОМПЛЕКСОВ

В работе [10] представлен ряд медиаторных систем на основе медных комплексов. Cu(I)/Cu(II) координационные соединения могут быть привлекательны, благодаря тому, что Cu(I) комплексы окисляются в октаэдральные или тригонал-би-пирамидальные [23 - 25] Cu(II) частицы и наоборот. В [10] показано, что комплексы Cu(I) с пиридиновыми и хинолиновыми лигандами могут быть использованы в ФЭХП. Структура синтезированных комплексов представлена на рис. 13.

В таблице приведены электрохимические свойства синтезированных соединений. Видно, что все синтезированные комплексы подвергаются необратимому окислению восстановлению, что свидетельствуют о замедленном переносе электрона в этих системах.

  Таблица

Электрохимические свойства комплексов [10]

Комплекс	Е Ѕ (мВ отн. н. к.э.)	Анодный пик (мВ отн. н. к.э.)	Катодный пик (мВ отн. н. к.э.)	Разница между пиками, мВ
(7)	445	576	214	362
(8)	350	516	187	329
(9)	350	998	–302	1300
(10)	350	410	292	120
(11)	280	342	226	120
(12)	688	750	627	123

IPCE % комплексов при λ = 550 нм составляет 20 - 35 %, по сравнению с иодной системой, чей IPCE % составляет 55 %. При освещении монохроматическим светом с длиной волны 510 нм (адсорбционный максимум для сенсибилизатора Z907 на TiO2) Uрц и Iкз с медиаторами на основе медных комплексов равны, соответственно, 0.55 В и 0.15 мАсм-2, причем Uрц примерно на 100 мВ выше, а Iкз почти в два раза меньше аналогичных параметров, получаемых при использовании иодной системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, за последние 10 лет значительное внимание уделяется исследованию и разработке новых медиаторных редокс систем на основе металлоорганических комплексов, альтернативных системе иод-иодид [26]. Многие их разработанных систем при соответствующем подборе сенсибилизаторов, нанокристаллических оксидов, катодных материалов, как на основе платины, так и на основе других катодов-катализаторов, могут в дальнейшем заменить систему иод-иодид как по скорости регенерации сенсибилизаторов, повышении напряжения на ФЭХП, коррозионных свойств, плотностям токов короткого замыкания, так и по другим важным параметрам.

Понимание соотношения между структурой медиатора, редокс свойствами, кинетикой электронного переноса позволит создать рациональную структуру новых более эффективных медиаторных систем для ФЭХП в будущем.

Развитие новых научных и конструкторско-технологических подходов к созданию новых фотоэлектропреобразователей, работающих на электрохимических принципах, позволят в ближайшие годы сделать ФЭХП конкурентоспособными на рынке автономного электропитания, что весьма важно для энергообеспечения портативной радиоэлектронной аппаратуры [27].

Литература

Moriarty P., Honnery D.//Chem. Rev. 2010. V.110. P.6443–6445; Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V. 32. P. 16161. V. Petrova-Koch, R. Hezel//High-Efficient Low-Cost Photovoltaics. Recent Develop-ments. A. Goetzberger (ed.). 2009. Springer 2. B. O. Regan, M. Gratzel//Nature. 1991. V.335. P.737; M. Gratzel. Photoeletrochemical cells.// Nature. 2001. V.414. P. 338 3. M. Green et al. // Solar Cell Efficiency Tables (Version 39). Prog. Photovolt.: Res. Appl. 2012. 20: 12-20 4. , , и др.//Электрохимия. 2013 (в печати). S. A. Sapp, C. M. Elliot, C. Contado et al.//J. Am. Chem. Soc. 2002. V.124. P. 11215. C. M. Elliot et al.//Patent US 7,019,138. 28. 03. 2006. P. J. Cameron, L. M. Peter//J. Phys. Chem. 2003. V. 107. P. 14394. Hanbbook of Photovoltaic Science and Engineering A. Luque and S. Hegedus John Willey &Sons Ltd, 673 (2003). B. C. Alberto. Photoelectrochemical and photophysical characterization of new molecular photosensitizers and electron transfer mediators for Dye-Sensitized Solar Cells.//PhD thesis, Universitа degli studi di Ferrara Cazzanti//Silvia (2009). // Теоретические  основы электрохимического анализа. Мир: М., 1974. 552 стр. S. Cazzanti, S. Caramori, R. Argazzi, C. M. Elliot, C. A. Bignozzi//J. Am. Chem. Soc. 2006. V.128 .P. 9996;  Cazzanti, Silvia (2009) Photoelectrochemical and photophysical characterization of new molecular photosensitizers and electron transfer mediators for Dye-Sensitized Solar Cells. Tesi di Dottorato, Universitа degli studi di Ferrara. http://eprints. unife. it/125/ S. Cazzanti, J. Husson, M. Beley, C. A. Bignozzi, R. Argazzi, Ph. C. Gros//Chem. Eur. J. 2010. V.16. P. 2611. A. Grabulosa, D. Martineau, M. Beley, Ph. C. Gros, M. S. Cazzanti, S. Caaramori, C. A. Bignozzi//Dalton Trans. 2009.  P. 63. B. M. Klahr, T. W. Hamann//J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113 (31), P. 14040. H. Nusbaumer, S. M. Zakeeruddin, J. E. Moser, M. Gratzel//Chem. Eur. J. 2003. V. 9. P. 3756. B. A. Gregg, F. Pichot, S. Ferrere, C. L. Fields//J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105, 1422. A. B.F. Martinson, T. W. Hamann, M. J. Pellin, J. T. Hupp//Chem. Eur. J. 2008. V. 14, 4458. T. Daeneke, T-H. Kwon, A. B. Holmes, N. W. Duffy, U. Bach, L. Spiccia//Nature Chemistry. 2011. V. 3. P. 211. A. M. Spokoyny, T. C. Li, O. K. Farha, C. W. Machan, C. S. Charlotte L., S. T. J. Marks, J. T. Hupp, and C. A. Mirkin//Angew. Chem. Int. Ed. 2010. V. 49. P. 5339. C. Li, A. M. Spokoyny, C. She, O. K. Farha, C. A. Mirkin, T. J. Marks, J. T. Hupp//J. Am. Chem. Soc. 132, 4580 (2010). Marks, J. T. Hupp//J. Am. Chem. Soc. 2010. V.132. P. 4580. M. Gratzel//Nature. 2001. V. 414 P. 338. J. M. Kroon, N. J. Bakker, H. J.P. Smit, P. Liska, K. R. Thampi, P. Wang, S. M. Zakeeruddin, M. Gratzel, et al.//Prog. Photovoltaics. 2007. V. 1. P. 15. S. Itoh, N. Kishikawa, zuki, H. D. Takagi//Dalton Transaction. 2005. V. 6. P. 1066. H. Tian, n//J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 10592. Портативные химические источники тока. М. Изд-во «Спутник+». 2008. 220 с.

_________◊_________

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО РОСТА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОГЕТЕРОСТРУКТУР СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

, , к. ф.-м. н.,

, к. ф-м. н., , д. т.н.

НПП «Квант»

•

Введение

На настоящий момент в мире разработаны и серийно изготавливаются трехкаскадные солнечные элементы (СЭ) на основе гетероструктур InGaP/InGaAs/Ge на германиевой подложке. Солнечные элементы из таких гетероструктур применяются в солнечных батареях (СБ) космических аппаратов и имеют эффективность преобразования солнечного излучения от 26 до 29,5 % с максимумом распределения около 28 – 29 % по спектру с нулевой эффективной массой атмосферного поглощения света (АМ0). На рис. 1 представлен типовой трехкаскадный СЭ, изготовленный в технологической лаборатории «Квант».