ИСТИНА

Анализ взаимосвязи состава, микроструктуры и функциональных характеристик материалов (оптических и транспортных свойств), сведения о стабильности и условиях разрушения нанокомпозитных полупроводниковых пленок, перспектив их применения в роли материалов фотоанода или фотокатода в составе перовскитных фотовольтаических устройств и ячеек Гретцеля.

Semiconductor film structures on transparent conducting carriers are in demand due to the rapid development of microelectronics, personal gadgets, and personalized biomedical systems. The actual tasks for the improvement and development of new types of electronic devices of alternative energy, such as solar cells of the perovskite type, the Grätzel cell, are the tasks of forming monolithic and porous semiconductor films. It has been shown experimentally that porous structures are interesting in comparison with thin continuous films both by a larger contact area with the sensitizer (lightabsorbing component) and by the ability to act as an optical trap that reduces the reflection of light from the surface of the device. Within the framework of this project, new approaches will be developed for the formation of monolithic and porous film structures of transparent semiconductor materials based on на основе ZnO, SnO2, In2O3 using printing approaches (screen printing), spin-coating, and galvanic methods. For the formation of porous structures, it is assumed using a polymer "victim template" with a different microstructure. The resulting porous systems will differ in the type of pores, the presence or absence of their periodic ordering. In the course of the project, new fundamental knowledge will be obtained about phase equilibria for a number of systems, conditions of temperature stability of the obtained films, their optical and transport properties. Based on the most promising of the obtained semiconductor films, perovskite solar cells or Grätzel cells will be assembled using sets of complementary light-absorbing and second semiconductor layers and contact materials. Thus, new nanostructured materials for solar energy will be created and tested; the results will be compared with theoretical models presented in the literature.

Проект направлен на получение новых материалов для устройств фотовольтаики и электроники. Ожидаемые результаты проекта включают анализ взаимосвязи состава, микроструктуры и функциональных характеристик материалов (оптических и транспортных свойств), сведения о стабильности и условиях разрушения нанокомпозитных полупроводниковых пленок, перспектив их применения в роли материалов фотоанода или фотокатода в составе перовскитных фотовольтаических устройств и ячеек Гретцеля. При выполнении проекта будут разработаны новые нанокомпозитные материалы на основе пористых полупроводниковых пленок прозрачных проводящих материалов. Пленки прозрачных электрон-проводящих материалов (ZnO, In2O3) и дырочно-проводящих составов (ZnO:Al, In2O3:Sn, ZnO:In), сформированные на поверхности субстратов FTO/стекло и ITO/стекло будут сформированы методами трафаретной печати и центрифужного нанесения коллоидных растворов («функциональных чернил»), а также электрохимического (потенциостатического) осаждения при варьировании составов электролитов, потенциалов осаждения металлов и условий их последующей термической обработки. В качестве «жертвенного темплата» при направленном формировании пористых покрытий будут использоваться полимерные пленки полиакриламида (ПАА), полистирола (ПС), фотоннокристаллические пленки на основе полистирольных микросфер и микросфер полиметилметакрилата (ПММА). Характер проводимости полученных полупроводниковых пленок и ее взаимосвязь с микроструктурой и химическим составом образцов будут исследованы c применением ряда спектроскопических методов: фотолюминесцентной спектроскопии, спектроскопии диффузного отражения, твердотельного ЯМР, КР-спектроскопии, а также рентгенофазового анализа. В качестве перспективных композитных структур будут предложены и изучены нанокомпозиты «сложный иодид/прозрачный проводящий оксид (ТСО)», выбранные в соответствии с энергетическими диаграммами компонентов системы, условиями их термической и фото-деградации в составе композита. Таким образом, результаты проекта будут включать как оригинальные методики формирования пористых n- и p-полупроводниковых слоев, перспективных для применения в составе фотовольтаических ячеек, а также первичную информацию об условиях деградации нанокомпозитов и фотовольтаических устройств на их основе.

Научный коллектив имеет обширный задел в решении прикладных материаловедческих задач в сферах неорганической и коллоидной химии. В число авторов проекта входят исполнители, являющиеся специалистами по электронной микроскопии, дифракционным методам анализа, малоугловому рентгеновскому рассеянию, спектроскопии в УФ-видимом диапазоне и КР-спектроскопии, люминесцентной спектроскопии рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, группе методов анализа дисперсных систем (поверхностное натяжение, вязкость), ЭПР, ЯМР твердого тела, циклическая вольтамперометрия.

Предполагается, что в рамках данного проекта будет впервые создан и изучен целый ряд нанокомпозитов «FTO|n-полупроводник|сложный галогенид» и «ITO|р-полупроводник|сложный галогенид». В рамках проекта будут применены оригинальные разработки авторского коллектива по электрохимическому формированию покрытий легированного оксида цинка, по исследованию и уточнению фазовых равновесий в бинарных и тройных системах неорганических иодидов, опыт авторов по изучению условий деградации нанокомпозитных систем.