AP19576727 «Разработка прототипа органических солнечных элементов с двумерным механизмом разделения заряда»

Наименование конкурса: КН МНВО ГФ 2023-2025

Сумма финансирования: 74 509 373,90 тенге

Основная идея проекта заключается в разработке новой структуры органических солнечных ячеек (OSCs) с двумерным механизмом разделения заряда за счет использования нанокомпозитных пленок оксида меди/тиоцианата меди в качестве электротранспортного слоя. 2D механизм разделения заряда позволит сбалансировать подвижность дырок и уменьшить плотность изолированных доменов в фотоактивном слое, что приведёт к повышению квантовой эффективности, фототока и фотовольтаических характеристик OSCs.

Увеличение фотовольтаических показателей органических солнечных элементов на основе объемного гетероперехода. Цель проекта будет достигнута за счет разработки архитектуры солнечного элемента с 2D механизмом разделения заряда, который будет реализован путем модификации морфологии селективного слоя с дырочной проводимостью (hole transport layer) на основе наноструктурированных пленок соединения меди.

1. Синтез пленок с дырочной проводимостью с планарной морфологией
2. Синтез наноструктурированных пленок на основе различных соединений меди.
3. Разработка и характеризация высокоэффективных органических солнечных элементов.

1. В результате реализации Задачи 1 будет отработана технология осаждения тонких пленок CuSCN с заданными оптическими и электрическими свойствами в качестве HTL для OSCs.
2. В ходе реализации Задачи 2 будут синтезированы нанокристаллы Cu₂O на поверхности CuSCN. Основная задача — синтезировать нанокристаллы Cu₂O с плотностью расположения нанокристаллов соизмеримая с длиной пробега дырок в BHJ. Данная морфология HTL увеличит квантовую эффективность, фототок и фотовольтаические показатели OSCs. Кроме того, будет исследоваться влияние кристаллических особенностей нанокристаллов Cu₂O на эффективность разделения заряда. Для этого будут синтезированы массивы нанокристаллов Cu₂O различной формой нанокристаллов. Будет установлена оптимальная морфология, размерность и плотность массивов нанокристаллов Cu₂O обеспечивающих эффективное разделение и транспорт дырок.
3. Будет оптимизирован процесс осаждения BHJ с учетом морфологии HTL (концентрация раствора, скорость осаждения, температура, предварительная обработка поверхности и др.). В качестве материалов BHJ будут использоваться стандартные донорно-акцепторные смеси на основе P3HT:PC60BM, PTB7:PC70BM, PTB7:Th:PC70BM и другие фотоактивные полимеры, совместимые с акцепторным материалом на базе ITIC. Морфология и локальные электрические свойства BHJ будут исследоваться методами сканирующей зондовой микроскопии. Механизмы переноса и рекомбинации носителей заряда в OSCs будут исследоваться методами люминесцентной спектроскопии и методами импедансной спектроскопии. Будут оптимизированы процессы синтеза и осаждения каждого функционального слоя OSCs структуры glass/FTO/CuSCN/Cu2O/BHJ/LiF/Al будет оптимизирован. Результатом реализация Задачи 3 станет разработка высокоэффективных OSCs c 2D механизмом разделения заряда.

В результате реализации проекта будет разработана технология синтеза нанокомпозитных пленок тиоцианата меди/оксида меди (CuSCN/Cu₂O) в качестве электротранспортного слоя с дырочной проводимостью (HTL) для органических солнечных элементов. На основе синтезированных пленок CuSCN/Cu₂O будут разработаны высокоэффективные органические солнечные элементы с двумерным механизмом разделения зарядов. Будет детально исследована динамика переноса носителей заряда в системе CuSCN/Cu₂O:фотоактивный слой с различной морфологией нанокристаллов Cu₂O от кубической до октаэдрической.

На основе полученных результатов будут опубликованы не менее 3 (трех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти); и не менее 2 (двух) статьей или обзоров в рецензируемых зарубежных или отечественных изданиях, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере образования Министерства просвещения Республики Казахстан (КОКСНВО).

Результаты данного проекта будут способствовать развитию нанотехнологии и зеленых технологий в Республики Казахстан. В рамках реализации проекта будут привлекаться магистранты и докторанты PhD, которые получать практические знания и навыки по синтезу наноструктурированных тонких пленок, разработке солнечных элементов третьего поколения, по методам исследования и характеризации наноматериалов и полупроводниковых устройств.

Завгородний Алексей Владимирович, Ph.D.

Научный руководитель проекта

Роль в проекте: Постановка целей и задач исследования для всех членов исследовательской группы. Контроль и проведение научно-исследовательских работ. Синтез образцов. Исследования морфологии образцов. Анализ полученных результатов. Написания отчетов о проделанной работе и статей

 

Ильясов Бауржан Рашитович, ассоцированный профессор, Ph.D.

Ведущий научный сотрудник

Роль в проекте: Синтез образцов. Сборка солнечных элементов. Измерение и анализ ВАХ и импеданс спектров. Написания отчетов и статей.

 

Кудряшов Владислав Владимирович, PhD

Старший научный сотрудник;

Роль в проекте: Исследования морфологии образцов методами СЭМ и АСМ. Исследования структуры образцов методами XPS и XRD. Анализ полученных результатов. Написания отчетов и статей.

 

Сериков Тимур Маратович, PhD

Старший научный сотрудник;

Роль в проекте: Синтез тонких пленок. Исследования рекомбинационных процессов и механизмов деградации в OSCs, Анализ полученных результатов. Написания отчетов и статей

 

Қамбар Динара Серікбайқызы, магистр технических наук

Научный сотрудник

Роль в проекте: Синтез образцов. Сборка солнечных элементов. Измерение электрических свойств. Написания отчетов

 

Сейсенбаева Гулсая Сериковна, магистр естественных наук

Научный сотрудник

Роль в проекте: Синтез образцов. Сборка солнечных элементов. Измерение электрических свойств. Написания отчетов. Введение документации по проекту