Главная Работы на конкурс Предметное образование Физико-математические дисциплины
Презентация к научно-исследовательской работе «Солнечные элементы нового поколения на основе гибридных органо-неорганических перовскитов»
Автор: Николаев Кирилл Олегович, Шамин Алексей Алексеевич
Место работы/учебы (аффилиация): ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет", магистрант/ аспирант
Научный руководитель: Печерская Екатерина Анатольевна
Актуальность. В настоящее время как никогда остро стоит проблема получения чистой и возобновляемой энергии. Хорошо известно, что современные энергоносители, такие как нефть, газ и уголь, не бесконечны. К тому же их переработка оказывает негативное влияние на окружающую среду. На данный момент основным решением двух этих проблем является производство солнечных панелей. Одним из самых перспективных типов солнечных элементов сейчас являются солнечные элементы нового поколения на основе гибридных органо-неорганических перовскитов (ГОНП). Это объясняется тем, что такие солнечные элементы состоят из недорогих и доступных материалов, а для получения функциональных слоев рассматриваемых элементов используются низкотемпературные и дешевые технологии мокрой химии. Экстраординарная совокупность электрофизических свойств и абсорбционных характеристик солнечных элементов на основе ГОНП открывает большие перспективы их дальнейшего развития и применения. С момента открытия в 2009 году эффективность солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов выросла с 3% до 25.3% уже в 2018 году.
Резкий рост эффективности солнечных элементов на основе ГОНП привлек внимание большого количества научных коллективов, самыми известными из которых являются исследовательские группы Массачусетского Технологического Института, Института имени Макса Планка, Университета Амстердама и многих других.
Солнечный элемент на основе ГОНП состоит из нескольких функциональных слоев. Таким образом, все основные параметры такого солнечного элемента, такие как ток короткого замыкания, напряжение холостого хода, коэффициент заполнения, определяются свойствами функциональных слоев и технологиями их получения. Однако, существующие методики производства функциональных слоев солнечных элементов на основе ГОНП могут быть доработаны или изменены с целью улучшения свойств конечного продукта, что указывает — исс на актуальность задач, решаемых в данной научно – исследовательской работе. Кроме того, производство и исследование возобновляемых источников энергии входит в список приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации («Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика») и перечень критических технологий Российской Федерации («Технологии новых и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергетику»).
Цель научно-исследовательской работы – разработка методик получения и исследования функциональных слоев солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов; разработка и исследование методов и средств управления качеством технологического процесса синтеза функциональных слоев солнечных элементов.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи:
- Анализ существующих на данный момент технологических решений в области солнечной энергетики. Анализ характеристик существующих аналогов.
- Разработка методики нанесения прозрачных проводящих покрытий солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов.
- Разработка методики нанесения металлооксидных пленок солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов.
- Разработка методики нанесения слоя с дырочной проводимостью солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов.
- Разработка методики получения пленок перовскита солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов.
- Исследование гибридных органо-неорганических перовскитов синтезированных функциональных покрытий.
- Разработка и исследование методов управления качеством технологического процесса синтеза функциональных слоев солнечных элементов ( на основе диаграмм Исикавы и диаграмм Парето).
Объект исследования – солнечные элементы на основе гибридных органо-неорганических перовскитов.
Предмет исследования – методики синтеза функциональных слоев солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов.
Гипотеза исследования заключается в проверке реализуемости методик управляемого синтеза функциональных слоев солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов.
Основные результаты:
- Разработана методика нанесения прозрачных проводящих покрытий золь-гель методом отличающаяся высоким коэффициентом воспроизводимости результатов, а также возможностью получения пленок на подложках любого размера. Полученные в ходе эксперимента образцы были исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа. Из полученных изображений отчетливо видно, что покрытия являются плотными, без каких-либо видимых дефектов. Размер зерна менее 1 мкм.
- Разработана методика нанесения металлооксидных покрытий, в основу которой положен роллерный метод, обеспечивающий оптимальный уровень адгезии пленок при низкой стоимости производства. Полученные в ходе эксперимента образцы были исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа. В процессе исследования полученных изображений был обнаружен большой разброс в размере зерен 5 – 20 мкм, что указывает на необходимость внесения изменений в технологический процесс, направленных на улучшение качества морфологии поверхности.
- Разработана методика нанесения пленок перовскита методом центрифугирования. Морфология поверхности полученных в ходе работы образцов была исследована с помощью сканирующего электронного микроскопа. Размер зерен 5 мкм, присутствует некоторое количество дефектов, устранение которых является приоритетной задачей. Толщина полученных пленок была исследована с помощью лазерного микроконтурографа-профилометра и составила 13 мкм. В ходе работы над проектом был разработан специальный держатель подложек из фторопласта, поскольку фторопласт является химически стойким и прочным материалом. Таким образом, было исключено потенциальное взаимодействие с попадающими на него химическими веществами.
- Разработана методика нанесения слоя с дырочной проводимостью золь-гель методом. Морфология поверхности полученных в ходе работы образцов была исследована с помощью сканирующего электронного микроскопа и составила менее 1 мкм. Толщина полученных пленок была исследована с помощью лазерного микроконтурографа-профилометра и составила 12,3 мкм.
- Получены и исследованы тонкопленочные золотые покрытия, полученные методом вакуумного напыления. В ходе исследования полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа изображений было обнаружено, что покрытия обладают идеальной морфологией поверхности без каких-либо видимых дефектов.
- Разработаны причинно-следственные диаграммы Исикавы и Парето, что позволило выявить следующие основные проблемы получения функциональных слоев солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов: дефекты морфологии поверхности пленок, отклонения от заданной толщины, неисправности установок. На эти три категории приходится 80% всех неисправностей, связанных с получением функциональных слоев солнечных элементов на основе ГОНП.
Смотреть похожие работы
Физико-математические дисциплины
Научно-исследовательская работа «Водяная пушка»
Естественно-научные дисциплины, Физико-математические дисциплины
Научно-исследовательская работа «Удивительный песок»
Физико-математические дисциплины
Исследовательская работа «Нанотехнологии, наноматериалы и наноэлектроника в жизни человека»
Физико-математические дисциплины
Научно-исследовательская работа «Тепловые парадоксы»
Доступна к просмотру полнотекстовая версия работы
Технические дисциплины, Физико-математические дисциплины
Научно-исследовательская работа «Применение компьютерной программы «GeoGebra» при решении задания №18 из ЕГЭ по математике профильного уровня разными способами»
Доступна к просмотру полнотекстовая версия работы
Физико-математические дисциплины
Научно-исследовательская работа «Как выбрать экономичную форму кровли»
Доступна к просмотру полнотекстовая версия работы
Мероприятие завершено
Добавить комментарий