14 574 21 0097 Федеральная целевая программа Исследования

<14. 574. 21. 0097> Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Приоритетное направление: Индустрия наносистем Программное мероприятие: 1. 2 Проведение прикладных научных исследований для развития отраслей экономики Соглашение № 14. 574. 21. 0097 от 22. 08. 2014 на период 2014 - 2016 гг. Тема: Оптимизация эффективности органических солнечных батарей с помощью мониторинга в реальном времени структурных и электрических свойств активных слоев Руководитель проекта: Батаев Анатолий Андреевич Получатель субсидии Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный технический университет" Индустриальный партнер Закрытое акционерное общество «ОИФ-Компания» , oif-company. ru Проведение научно-технических разработок в области органической химии и технологии органических и неорганических покрытий. Разработка технологии окраски, проектно-конструкторские работы, изготовление оборудования. Индустриальный партнер выполняет ряд работ, оказывает информационную поддержку проекту: -проведение патентных исследований; - создание программного обеспечения для дистанционного измерения вольтамперных характеристик и контроля температуры образца; - маркетинговые исследования востребованности созданного устройства; - сертификация созданной in-situ камеры для мониторинга свойств. Ожидаемые результаты проекта 1. Разработка и изготовление in-situ камеры для комбинированных исследований структурных и оптоэлектронных свойств солнечных батарей на органической основе. 2. Разработка полного комплекта методологической документации для изготовления экспериментальных образцов органических солнечных батарей, полученных с использованием in-situ камеры. 3. Проведение экспериментальных исследований структуры поверхности органических солнечных батарей на наноуровне, а также мониторинг их стабильности и эффективности. 4. Получение патентов, публикация статей. 5. Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Создание in-situ камеры для мониторинга структурных и оптоэлектронных свойств органических солнечных батарей» . Цели и задачи проекта 1. Создание технологии получения нового класса солнечных батарей на органической основе, включая гибридные солнечные батареи, сенсибилизированные красителем, полимерные солнечные батареи с акцепторами на основе фуллеренов и полностью полимерные солнечные батареи. 2. Разработка стратегии для повышения КПД и оптимизации эксплуатационных параметров органических солнечных батарей с помощью одновременного контроля наноструктуры и электрических свойств активного слоя. 3. Проектирование и создание специальной измерительной ячейки для мониторинга в реальном времени структуры и электрических свойств активных слоев солнечных батарей. Перспективы практического использования Применение измерительных камер для in-situ мониторинга в технологическом процессе изготовления органических солнечных батарей позволяет контролировать стабильность и энергоэффективность данных батарей в процессе их эксплуатации, что, в свою очередь, гарантирует высокие потребительские качества солнечных батарей. Кроме того, in-situ камеры могут быть использованы научными коллективами для подбора оптимальных параметров процесса изготовления органических солнечных батарей для увеличения их энергоэффективности (коэффициента полезного действия) и стабильности электрических свойств. Применение разработанной в рамках данного проекта in-situ камеры уже позволило получить энергоэффективность органических солнечных батарей 4, 12 %, что превышает требования технического задания и соответствует мировому уровню. Текущие результаты проекта Внешний вид экспериментального образца солнечной батареи Гистограмма распределения доменов PCBM по размерам, область сканирования 5 х5 мкм <14. 574. 21. 0097> 3 D-изображение поверхности органических солнечных батарей с активным слоем P 3 HT-PCBM (1: 0, 7), размер скана 20 х20 мкм Поверхность органических солнечных батарей с активным слоем P 3 HT-PCBM (1: 0, 7), полученное на комплексе топографии поверхности 1. В среднем, максимальное изменение толщины батареи составляет около 100 нм. В редких случаях в поверхности батареи могут присутствовать небольшие островки агломератов, имеющие существенно большую толщину (до 150 нм). Статистический анализ формы поверхности батарей показал, что средневзвешенное изменение толщины составляет 50 -55 нм, отклонение по десяти точкам Sz изменяется от 87, 5 до 138 нм, а средняя шероховатость Sa – от 10, 9 до 12, 6 нм. Среднее расстояние между сформированными на поверхности батарей доменами составляет примерно 0, 65 – 0, 95 мкм, что свидетельствует о достаточно равномерном распределении агломератов PCBM в структуре полимера. 2. Анализ гистограмм распределения доменов PCBM по размерам показал, что средний размер доменов находится в диапазоне от 16 до 22 мкм, что ниже определенного Техническим заданием максимального размера 50 нм. 3. С помощью комплекса для изучения топографии поверхности установлено, что солнечные батареи имеют высокую гладкость поверхности с низкой шероховатостью. Установлено, что среднеарифметическое отклонение профиля Ra варьируется от минимального значения 0, 002 мкм до максимального 0, 036 мкм, а в случае, если в область анализа не попадает граница электрода, значения Ra не превышают 0, 005 мкм. Значения среднеквадратической шероховатости rms изменяются в пределах от 0, 005 мкм до 0, 031 мкм. При сканировании поверхности батареи вдали от границы электрода максимальное значение rms снижается от 0, 031 мкм до 0, 012 мкм. 4. Применение растровой электронной микроскопии показало, что дисперсность структуры электродов солнечной батареи различна. Так, структура поверхности анода является более дисперсной по сравнению с поверхностью катода.