Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Układy hybrydowe polimerowo- półprzewodnikowe na bazie ZnO do fotoogniw słonecznych Seminarium specjalizacyjne z chemii fizycznej, 11.05.2010 Uniwersytet.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Układy hybrydowe polimerowo- półprzewodnikowe na bazie ZnO do fotoogniw słonecznych Seminarium specjalizacyjne z chemii fizycznej, 11.05.2010 Uniwersytet."— Zapis prezentacji:

1 Układy hybrydowe polimerowo- półprzewodnikowe na bazie ZnO do fotoogniw słonecznych Seminarium specjalizacyjne z chemii fizycznej, Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii Jakub Socha, Chemia, 4 rok Pracownia Elektrochemii Kierownik pracy : dr hab. Magdalena Skompska

2 Plan Prezentacji Część teoretyczna –Teoria pasmowa ciała stałego –Złącze p-n –Podstawowe parametry charakteryzujące fotoogniwo –Zasada działania fotoogniwa –Schematy budowy fotoogniwa Część eksperymentalna –Otrzymywania ZnO na potrzeby ogniw słonecznych –Metody badawcze –Podsumowanie

3 Część teoretyczna –Teoria pasmowa ciała stałego –Złącze p-n –Podstawowe parametry charakteryzujące fotoogniwo –Zasada działania fotoogniwa –Schematy budowy fotoogniwa

4 Teoria pasmowa ciała stałego przewodnik izolatorpółprzewodnikPolimer przewodzący EgEg EgEg EgEg HOMO LUMO E g =0E g > 3 eV0,1 eV < E g < 3eV1,5eV < Eg < 3eV

5 Półprzewodniki typu p i n Typu n Typu p Poziom donorowy Poziom akceptorowy Np. domieszkowanie sieci krystalicznej Si(4el walencyjne) atomami As (5 el wal.) Np. domieszkowanie sieci krystalicznej Si(4el walencyjne) atomami B (3 el wal.)

6 Złącze p-n

7 Parametry charakteryzujące ogniwo Wydajność energetyczna ogniwa (ŋ) Współczynnik wypełnienia [Fill factor (FF)] Wydajnosć kwantowa ogniwa [External quantum efficiency (EQE)]

8 Wydajność energetyczna ogniwa (ŋ) Współczynnik wypełnienia (FF)

9 Wydajność kwantowa ogniwa (EQE) Liczba wygenerowanych elektronów po absorpcji jednego fotonu (bez poprawki na straty związane z odbiciem) dla światła monochromatycznego przy danej długości fali λ : Zazwyczaj dużo niższa od 100% ze względu na: -Niedoskonałą absorpcję padających fotonów -Rekombinację par elektron-dziura przed dotarciem do elektrod zbierających

10 Działanie ogniw

11 6 etapów Absorpcja fotonu (ŋ A ) Generacja pary elektron-dziura w materiale fotoaktywnym Dyfuzja ekscytonów w materiale fotoaktywnym (ŋ diff ) Dysocjacja ekscytonów i separacja dziur i elektronów pomiędzy dwie warstwy(ŋ sep ) Transport dziur i elektronów do elektrod(ŋ tr ) Gromadzenie dziur i elektronów na elektrodach(ŋ cc ) EQE = (ŋ A ) (ŋ diff ) (ŋ sep ) (ŋ tr ) (ŋ cc )

12 Ogniwo Gretzela

13 Standard Test Condisions (STC) Maksimum absorpcji promieniowania światła widzialnego przypada w obszarze nm ZnO silnie absorbuje w nadfiolecie, zatem nie nadaje się do użycia w ogniwach fotowoltaicznych jako materiał fotoczuły!!

14 Procesy niepożądane Rekombinacja ekscytonów - ścieżka dłuższa niż droga dyfuzji - ogniwa z nanomateriałów dobrze pokrytych polimerem Rekombinacja dziur i elektronów -duże różnice mobilności dziur i elektronów w warstwach transportujących -dobór odpowiednich materiałów

15 Schematy ogniw Bilayer system Vertically ordered

16 Część eksperymentalna –Cel pracy –Metody badawcze

17 Polimery przewodzące Organiczne półprzewodniki typu p o przerwie energetycznej w zakresie 1,5 – 3 eV Mogą pełnić funkcję zarówno materiału fotoaktywnego jak i nośnika dziur Bardzo wysoka zdolność absorpcji optycznej Niska wydajność energetyczna dla ogniw czysto polimerowych (ŋ ~ %)

18 Przykładowe polimery używane w ogniwach

19 Porównanie właściwości niektórych polimerów przewodzących EQE = (ŋ A ) (ŋ diff ) (ŋ sep ) (ŋ tr ) (ŋ cc ) Dobór właściwego polimeru ma kluczowe znaczenia dla wydajności kwantowej ogniwa!

20 Metody otrzymywania nanostruktur ZnO Metody chemiczne –Hydrotermalna –Sputtering –Osadzanie z roztworów Metody elektrochemiczne –Stałoprądowe –Pulsowe

21

22 Elektrochemiczna Metody elektrochemiczne pozwalają nam poprzez dobór odpowiednich warunków prowadzenia procesu na kontrolę wielkości, długości nanorurek oraz stopnia pokrycia aktywnej powierzchni. Parametry które mają wpływ na otrzymywany materiał to: -Rodzaj użytej elektrody (powierzchnia) -Czas osadzania -Temperatura podczas procesu -Przyłożony potencjał -Stężenie tlenu w roztworze -Wygrzewanie próbki po procesie elektrochemicznym - pH

23

24

25

26 Wpływ wygrzewania Próbki po przeprowadzeniu procesów elektrochemicznego osadzania poddaje się procesowi wygrzewania w wysokich temperaturach. Poprawia to jakość ich sieci krystalograficznej, w przypadku polimerów wpływa również na wzrost efektywności dysocjacji ekscytonów. Wzrost ŋ z 1.1% - 5 % po wygrzaniu ogniwa P3HT-PCBM

27 Z wykorzystaniem matrycy - Metoda uniwersalna - Różne matryce (tlenek glinu, poliwęglanowe) - Procesy chemiczne i elektrochemiczne - Możliwość dobrej kontroli rozmiarów nanodrutów - Journal of Crystal Growth Volume 265, Issues 1-2, 15 April 2004, Pages Journal of Crystal Growth Volume 265, Issues 1-2 Grupa chińskich badaczy opisuje tworzenie struktur tlenku cynku w matrycach z nanorurek węglowych

28 Dlaczego zależy nam na nanodrutach??

29 Główne problemy: Otrzymanie struktur odpowiednich rozmiarów Maksymalne pokrycie nanostruktur polimerem Trwałość Wydajność

30 Metody badawcze XRD SEM – EDX AFM, STM Metody elektrochemiczne Spektroskopia (UV-VIS, IR, RAMAN)

31 XRD

32 Podsumowanie: - Ogniwa dye-sensitized solar cell (DSSC ) ze względu na swój korzystny stosunek ilości energii do ceny mają szansę na stałe wejść do komercyjnego użycia - Główne problemy to zwiększenie wydajności, największe możliwości daje otrzymanie odpowiedniej sturktury materiału półprzewodnikowego - W swojej pracy magisterskiej zajmę się syntezą nanodrutów z ZnO oraz doborem odpowiedniego barwnika w celu optymalizacji pracy ogniwa i uzyskaniu jak największej wydajności konwersji energii słonecznej

33 Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "Układy hybrydowe polimerowo- półprzewodnikowe na bazie ZnO do fotoogniw słonecznych Seminarium specjalizacyjne z chemii fizycznej, 11.05.2010 Uniwersytet."

Podobne prezentacje


Reklamy Google