|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Трехкомпонентные солнечные батареи с улучшенной морфологией и транспортными свойствами на основе высокорастворимых многосферных производных фуллереновНИР
Ternary solar cells with improved morphology and transport properties based on highly soluble multi-caged fullerene derivatives.
- Руководитель НИР: Броцман В.А.
- Участники НИР: Высочанская О.Н.
- Подразделение: НИЛ термохимии
- Срок исполнения: 21 марта 2018 г. - 19 марта 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-33-00670\18
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118032790190-3
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Энергоэффективность и энергосбережение
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии новых и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергетику
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.15 Исследования строения и свойств молекул и химической связи
- 44.41.35 Установки прямого преобразования энергии светового излучения в электрическую
-
Ключевые слова:
органическая электроника, трёхкомпонентные солнечные батареи, подвижность носителей заряда, наноморфология, объемный гетеропереход, узкощелевые полупроводниковые полимеры, высокорастворимые многосферные производные фуллеренов
bulk heterojunction, charge carrier mobility, low-bandgap semiconductor polymers, nanomorphology, organic electronics, ternary solar cells, highly soluble multi-caged fullerene derivatives -
Описание:
Одним из активно развивающихся направлений органической фотовольтаики является создание высокоэффективных трехкомпонентных фотовольтаических устройств с улучшенной морфологией и транспортными свойствами. В связи с этим, настоящий проект направлен на создание новых трехкомпонентных фотоактивных композитов на основе высокорастворимых многосферных производных фуллеренов, а также разработку и оптимизацию протокола конструирования фотовольтаических устройств на их основе. В ходе работы будут исследованы оптические свойства, наноморфология и транспортные характеристики трехкомпонентных композитных материалов. Будут сконструированы опытные трехкомпонентные фотовольтаические устройства на основе высокорастворимых многосферных производных фуллеренов и измерены их характеристики. Будут определены подвижности носителей заряда и исследована наноморфология трехкомпонентного фотоактивного слоя. Для оптимизации протокола конструирования трехкомпонентных фотовольтаических устройств будет осуществлено варьирование соотношения донор/акцептор/третий компонент, толщины фотоактивного слоя, режима температурного отжига и используемого растворителя(ей). Будет исследовано влияние третьего компонента на эффективность, наноморфологию и транспортные свойства солнечных батарей. В результате выполнения работы будут получены экспериментальные данные для представительного ряда трехкомпонентных фотовольтаических устройств, на основании которых будут сделаны выводы о корреляции между особенностями молекулярного и электронного строения исследуемых соединений и характеристиками фотовольтаических устройств на их основе. Эти выводы позволят уточнить требования, выдвигаемые к используемым фотоактивным материалам для создания более эффективных трехкомпонентных фотовольтаических ячеек.
-
Abstract:
One of the actively developing fields of organic photovoltaics is fabrication of highly effective ternary photovoltaic devices with improved morphology and transport properties. In this regard, this project is aimed to the fabrication of new ternary photoactive composite materials based on highly soluble multi-caged fullerene derivatives, as well as the development and optimization of the fabrication protocol of photovoltaic devices based on them. Оptical properties, nanomorphology and transport characteristics of the ternary composite materials will be investigated. Ternary photovoltaic devices based on highly soluble multi-caged fullerene derivatives will be constructed and their characteristics will be measured. The charge carrier mobilities of the ternary photoactive layer will be determined and the nanomorphology will be studied. To optimize the fabrication protocol of ternary photovoltaic devices, donor/acceptor/third component ratio, thickness of photoactive layer, annealing temperature, and used solvent(s) will be varied. The influence of the third component on the efficiency, nanomorphology and transport properties of ternary solar cells will be investigated. As a result, experimental data for a representative series of ternary photovoltaic devices will be obtained, on the basis of which conclusions about the correlation between the features of the molecular and electronic structure of the investigated compounds and the characteristics of photovoltaic devices based on them will be drawn. These conclusions will clarify the requirements for the used photoactive materials to create more efficient ternary photovoltaic cells.
-
Планируемые результаты:
1. Будет впервые разработан протокол конструирования трехкомпонентных фотовольтаических устройств на основе полупроводниковых полимеров и высокорастворимых многосферных производных фуллеренов с использованием в качестве третьего компонента донорных/акцепторных добавок (узкощелевых полимеров (PTB7, PCDTBT и т.п.), производных фуллеренов ([60]PCBM, [70]PCBM) и пирамидализованных полиенов). 2. Будут исследованы оптические свойства и наноморфология создаваемых трехкомпонентных нанокомпозитов. 3. Будет выявлено оптимальное соотношение донор/акцептор/третий компонент и толщина фотоактивного слоя, обеспечивающие оптимальный размер доменов и, как следствие, хорошее разделение и транспорт свободных носителей заряда. 4. Будет выявлена корреляция между особенностями молекулярного и электронного строения исследуемых соединений и характеристиками трехкомпонентных фотовольтаических устройств на их основе. 5. Будет определено влияние третьего компонента на эффективность, оптические свойства и наноморфологию трехкомпонентных солнечных батарей.
-
Научный задел:
У коллектива лаборатории термохимии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, частью которого является коллектив авторов данного проекта, накоплен значительный опыт в области методов синтеза производных фуллеренов С60 и С70, определения их строения, исследовании физико-химических свойств, конструировании и исследовании солнечных фотоэлементов. Авторами проекта разработан протокол конструирования бинарных фотовольтаических устройств на основе высокорастворимых двусферных производных фуллеренов. Было показано, что использование бисферных производных фуллерена приводит к большей степени кристалличности полимера P3HT без термического отжига, а оптимизация условий конструирования фотовольтаического устройства позволяет достичь значений эффективности, соизмеримых с хорошо зарекомендовавшей себя системой на основе [60]PCBM [Brotsman et. al., Chem. Asian J., 2017, 12, 10, 1075]. Полученные результаты представлены на российских и зарубежных научных конференциях, а также опубликованы в рецензируемых научных журналах.
-
Основные результаты:
1. Впервые будет разработан протокол конструирования трехкомпонентных фотовольтаических устройств на основе высокорастворимых многосферных производных фуллеренов. 2. Будут определены оптические свойства, наноморфология, а также подвижности свободных носителей заряда в тонких пленках созданных трехкомпонентных фотоактивных нанокомпозитов. Будет выявлено оптимальное соотношение донор/акцептор/третий компонент и толщина фотоактивного слоя, обеспечивающие хороший транспорт свободных носителей заряда. На основании полученных данных будет определена корреляции между особенностями молекулярного и электронного строения исследуемых соединений и характеристиками фотовольтаических устройств на их основе. 3. Будут выявлены факторы, критически влияющие на эффективность солнечных батарей, в частности на морфологию и транспортные свойства. Будут уточнены требования, выдвигаемые к фоточувствительным материалам для создания более эффективных фотовольтаических ячеек. Будет создан оптимальный протокол конструирования фотовольтаических устройств на основе узкощелевых полупропроводниковых полимеров и высокорастворимых многосферных производных фуллеренов. Объяснены наблюдаемые закономерности при конструировании фотовольтаических устройств. Исследовано влияние многосферных производных фуллеренов на долговечность солнечных батарей.
- Добавил в систему: Броцман Виктор Андреевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 21 марта 2018 г.-21 марта 2019 г. | Трехкомпонентные солнечные батареи с улучшенной морфологией и транспортными свойствами на основе высокорастворимых многосферных производных фуллеренов |
| Результаты этапа: 1. Синтезировано в количестве 150 мг, выделено в индивидуальном виде и спектрально охарактеризовано двусферное производное фуллерена С60 с н-нониловым заместителем в сложноэфирной группе. 2. С использованием оптимизированного протокола конструирования фотовольтаических устройств на основе двусферных производных фуллеренов сконструированы и определены характеристики трехкомпонентных СФЭ на основе P3HT и высокорастворимого двусферного производного фуллерена С60 с н-нониловым заместителем в сложноэфирной группе с использованием в качестве третьего компонента [60]PCBM. 3. С использованием оптимизированного протокола конструирования фотовольтаических устройств на основе [60]PCBM изготовлены трехкомпонентные СФЭ на основе P3HT и [60]PCBM с использованием в качестве третьего компонента высокорастворимого двусферного производного фуллерена С60 с н-нониловым заместителем в сложноэфирной группе и измерены их фотовольтаические характеристики. 4. Выявлены оптимальные условия конструирования трехкомпонентных СФЭ: соотношение донор/акцептор/третий компонент, толщина фотоактивного слоя и протокол термической обработки.Определено влияние третьего компонента на эффективность работы трехкомпонентных солнечных батарей. 6. Разработан протокол конструирования тонкопленочных трехкомпонентных фотовольтаических устройств с увеличенной оптической плотностью, низким содержанием акцепторной компоненты и улучшенными зарядово-транспортными характеристиками на основе коммерчески доступного P3HT и высокорастворимого двусферного производного фуллерена С60 с н-нониловым заместителем в сложноэфирной группе с использованием в качестве третьего компонента донорных/акцепторных добавок: полимеров PTB7 и PCDTBT, производных фуллеренов [60]PCBM и [70]PCBM, а также пирамидализованного полиена (индаценопицен). | ||
| 2 | 21 марта 2019 г.-21 марта 2020 г. | Трехкомпонентные солнечные батареи с улучшенной морфологией и транспортными свойствами на основе высокорастворимых многосферных производн |
| Результаты этапа: 1. Впервые выполнено систематическое исследование влияния природы алкильного заместителя в сложноэфирной группе двусферных производных фуллерена С60 на эффективность работы, зарядово-транспортные характеристики и морфологию объемного гетероперехода двухкомпонентных фотовольтаических устройств на их основе. Показано, что природа алкильного заместителя определяющим образом влияет на плотность тока короткого замыкания JSC и КПД устройств, в то время как величины VOC и FF меняются в меньшей мере. 2. В случае двухкомпонентных солнечных батарей на основе н-нонилового двусферного производного фуллерена С60 достигнуты рекордные значения эффективности (КПД = 3.01 %) и плотности тока короткого замыкания (Jsc =8.2 мА/см2) среди многосферных производных фуллеренов, известных из литературы. 3. Впервые разработаны протоколы конструирования трехкомпонентных фотовольтаических устройств на основе двусферных производных фуллерена С60 стандартной архитектуры ITO/PEDOT:PSS/P3HT:акцептор:третий компонент/Ca/Al. Сконструированы опытные фотовольтаические ячейки и определены их основные характеристики (напряжение холостого хода Voc, ток короткого замыкания Jsc, фактор заполнения FF и КПД). Исследовано влияние третьего компонента на морфологию и зарядово-транспортные характеристики объемного гетероперехода. 4. Показано, что использование двусферных производных приводит к увеличению эффективности работы СФЭ на 10 %. Кроме того, было обнаружено, что фотовольтаические устройства на основе двусферных производных на 5% более стабильны во времени по сравнению с СФЭ на основе [60]PCBM. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".