ФГУП «Научно-исследовательский институт прикладной акустики» Люминесцентные полимерные материалы для тонкопленочных халькогенидных солнечных элементов Тузова Виктория Владимировна инженер Цель работы: Создание люминесцентных полимерных материалов, позволяющих увеличивать эффективность тонкопленочных халькогенидных солнечных элементов Тонкопленочные халькогенидные солнечные элементы 1. Перспективная и активно развивающаяся технология 2. Низкая себестоимость получаемой энергии 3. Эффективность до 12 15% Down- и up-конверсия в солнечной энергетике Требования к down-конверсионным люминесцентным фильтрам Поглощение в области спектра, лежащей за пределами спектральной чувствительности СБ Люминесценция в области спектральной чувствительности СБ Прозрачность в видимой области спектра Люминесцентные материалы для down-конверсионных люминесцентных фильтров Люминофоры Иттрий-алюминиевые гранаты, допированные церием (YAG:Ce) Наночастицы диоксида кремния с пришитым люминофором Органические люминофоры Иттрий-алюминиевые гранаты, допированные церием Y3Al5O12:Ce Метод 1 Соосаждение гидроксидов металлов Соосаждение гидроксидов иттрия, церия и алюминия из раствора солей (нитрат иттрия, нитрат церия и хлорид алюминия ) 2,7:5 2,85:5 3:5 3,15:5 Мольное соотношение Y:Al 3,3:5 Выделение твердой фазы центрифугированием Промывка и диспергирование в этаноле Высушивание полученного аморфного осадка 0,7 1 1,5 3 5 7 Концентрация церия, мольные % от количества иттрия Отжиг при высоких температурах до получения смешанного оксида Измельчение полученного материала 950 1000 1050 1100 1200 Температура отжига, °С 1300 Иттрий-алюминиевые гранаты, допированные церием Y3Al5O12:Ce Метод 2 Темплатный синтез наночастиц YAG:Ce 1. Подготовка темплата: • Приготовление раствора солей иттрия, алюминия и церия с полимером (поливинилпирролидон, основа темплата) с добавлением ПАВ (лимонная кислота) 2. Импрегнация солей в микропоры темплата в процессе удалении растворителя 3. Образование неорганического материала и удаление темплата при высокой температуре (около 1050°С) Промежуточная стадия. Соли, импрегнированные в структуру темплата Иттрий-алюминиевые гранаты, допированные церием Y3Al5O12:Ce Метод 3 Гидро- и сольвотермальный синтез YAG:Ce при высоком давлении Суть метода: Получение золя из солей, оксидов или гидроксидов в виде раствора или суспензии в воде или органических растворителях при повышенной температуре (обычно до 300 °С) и давлении (около 100 МПа) 500 нм Наночастицы диоксида кремния с пришитым люминофором 120 нм Органические люминофоры Кумарин 6 3-(2-бензотиазолил)-7-(диэтиламино) кумарин 2,25:1 2.5 поглощение POPOP 1,4-бис(5-фенилоксазол-2-ил) бензол соотношение кумарин 6 : POPOP 3 1,5:1 2 1:1 1.5 1 0.5 0 300 350 400 450 длина волны, нм 500 550 600 Полимерные системы с люминофорами Полимерные матрицы Олигоуретанметакрилат 53УИФ Олигоуретанметакрилат 21УИФ R – остаток трехатомного спирта Метилметакрилат O H2C O CH3 CH3 Сшитый поливинилбутираль Свечение в УФ-свете полимерного покрытия на основе ПВБ с наночастицами YAG:Ce Фотографии образца, полученного методом пневматического распыления полимерной композиции на основе поливинилбутираля с частицами SiO2-FITC Получение люминесцентных полимерных материалов на основе ОЛ в процессе фотополимеризации акриловых олигомеров Влияния down-конверсионных люминесцентных фильтров на эффективность ФЭП Фильтр Iкз, А Прирост Iкз, КПД % Прирост КПД, % Без фильтра 0,0797 - 1,624 - LFN14 0,0867 8,78 1,674 3,10 LFN25 0,0868 8,90 1,710 5,56 LFN29 0,0861 8,03 1,710 5,56 LFN33 0,0853 7,03 1,690 4,32 LFN37 0,0859 7,78 1,680 3,70 внешний квантовый выход, % 0.6 0.4 0.2 0 300 500 700 900 длина волны, нм 1100 Спектральные характеристики макета солнечного элемента CdS/CdTe без люминесцентного покрытия (красная линия) и с дополнительным люминесцентным покрытием (черная пунктирная линия) на основе органических люминофоров. Другие применения Биологические исследования Элементы декора Лампы дневного света Дисплеи В докладе представлены результаты работ, полученных совместно с Филиным С.В., Таначевым И.А., Рыбаковой А.В., Работа проводилась при поддержке Министерства образования и науки РФ, ГК № 16.513.11.3083. Спасибо за внимание! Теоретические предпосылки использования downконверсионных люминесцентных фильтров Плотность фототока: max J c q mod ( ) QE ( ) d 0 где q – заряд электрона, λmax – “красная граница” фотоэффекта, QE(λ) – спектральный отклик Суммарная спектральная плотность потока фотонов после прохождения фильтра Φmod: Φmod = (1–Rs)(1–Rf)Φsun exp(-ελCL) + (1–Rs)Φem [(1–β)– βRs] Значения коэффициентов отражения от границ: Rf = (1–nf)2/(1+nf)2 Rs = (nf –ns)2/(nf +ns)2 Входные данные Спектральный отклик СБ CdS/CdTe Нормированные спектры поглощения и люминесценции кумарина 6 в ПММА матрице Теоретические предпосылки использования downконверсионных люминесцентных фильтров