АР08051961 «Новые функциональные материалы на основе проводящих полимеров и многокомпонентных халькогенидов для солнечных элементов»

Руководитель проекта – Уразов Кажмухан Аманкелдиевич, ведущий научный сотрудник, PhD, k.urazov@ifce.kz

Цель проектаРазработка технологии получения новых функциональных материалов для гибридного солнечного элемента на основе проводящих полимеров в комбинации с халькогенидами меди, цинка, олова (Cu2ZnSnS4, Cu2ZnSnSе4) и исследование физико-химических и оптических свойств полученных материалов. Изготовление опытного образца фотоэлемента.

Задачи проекта – Задача 1. Разработать способ изготовления полимерного слоя элемента, обладающего способностью эффективно передавать заряды к внешнему электроду и уменьшать потери, связанные с разделением зарядов, возникающих под действием солнечного излучения. Задача 2. Разработать технологию изготовления тонкопленочных покрытий на основе многокомпонентных халькогенидов, совместимых с полимерным слоем. Задача 3. Разработать схему гибридного тонкопленочного фотоэлемента, включающего каскад пленочных структур на проводящем стекле. В качестве завершающей структуру элемента использовать нанесение слоя фуллерена как материала n-типа для обеспечения p-n перехода в активном слое фотоэлемента. Определить вольтамперные характеристики готового элемента.

Суть проекта – Проект посвящен разработке технологии получения тонкопленочных полупроводниковых материалов, представляющих собой тонкий слой проводящего полимера в комбинации с тонкопленочным неорганическим полупроводником, для создания гибридного фотоэлемента и эффективного преобразования солнечной энергии в электрическую.

Основные результаты: Будет разработана технология получения тонких пленок проводящих полимеров – полианилин (PANI) и поли-(3,4-этилендиокситиофен): поли-(стирол сульфонат) (PEDOT:PSS) с использованием электрохимического способа синтеза и метода центрифугирования. Будут изготовлены тонкие пленки полимеров с толщиной не более 100 нм, достаточной для обеспечения улучшенной транспортировки зарядов к электроду. Изучены морфология и параметры шероховатости поверхности полимерного слоя с помощью атомно-силовой микроскопии и проведены фотоэлектрохимические измерения в различных растворах. Будут разработаны одностадийные электрохимические способы нанесения тонких пленок соединений халькогенидов Cu2ZnSnS4 и Cu2ZnSnSе4 на полимерное покрытие. Выполнены физико-химические исследования полученных материалов и определены их оптические свойства. Будут определены оптимальные параметры технологического цикла изготовления новых материалов для улучшения их электронных свойств. В результате выполнения данной задачи будет изготовлен опытный образец гибридного солнечного элемента и определена эффективность преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.

– За 2020 г – Разработан способ изготовления полимерного слоя элемента, обладающего способностью эффективно передавать заряды к внешнему электроду и уменьшать потери, связанные с разделением зарядов, возникающих под действием солнечного излучения. Разработана технология получения тонких пленок проводящих полимеров – полианилин (PANI) и поли-(3,4-этилендиокситиофен): поли-(стирол сульфонат) (PEDOT:PSS) с использованием электрохимического способа синтеза и метода центрифугирования. Изготовлены тонкие пленки полимеров с толщиной не более 100 нм, достаточной для обеспечения улучшенной транспортировки зарядов к электроду. Изучены морфология и параметры шероховатости поверхности полимерного слоя с помощью атомно-силовой микроскопии и проведение фотоэлектрохимических измерений в сульфатных растворах.

Результаты:

1. Разработан электрохимический способ получения тонких пленок PANI.

2. Использован метод центрифугирования для получения тонких пленок PEDOT:PSS.

3. Исследовано влияние скорости вращения на толщину тонких пленок PEDOT:PSS.

4. Исследованы морфология и параметры шероховатости поверхности полимерных слоев PANI и PEDOT:PSS методом атомно-силовой микроскопией.

5. Проведены фотоэлектрохимический анализ приготовленных пленок PANI и PEDOT:PSS и показано, что все исследуемые пленки проявляют фото активность.

– За 2021 г – Ведутся работы по разработке технологии изготовления тонкопленочных покрытий на основе многокомпонентных халькогенидов, совместимых с полимерным слоем. Разработаны одностадийные электрохимические способы нанесения тонких пленок соединений халькогенидов Cu2ZnSnS4 и Cu2ZnSnSе4 на полимерное покрытие. Продолжается работа по выполнению физико-химических исследовании полученных материалов и определению их оптические свойства. Начата работа по определению оптимальных параметров технологического цикла изготовления новых материалов для улучшения их электронных свойств. Ведутся работы по опубликованию 1 статьи в рецензируемом зарубежном издании, индексируемом международными базами данных  Web of Science, входящее в 1 (первый), либо 2 (второй), либо 3 (третий) квартили и (или) имеющих процентиль по Cite Score в базе Scopus не менее 35, в том числе «Journal of Solid State Electrochemistry» (IF-2.531, Q2), «Coatings» (IF-2.330, Q2) а также 1 статья в отечественном издании с ненулевым импакт-фактором (рекомендованном ККСОН).

Результаты:

1. Разработаны одностадийные электрохимические способы нанесения тонких пленок соединений халькогенидов Cu2ZnSnS4 и Cu2ZnSnSе4 на полимерное покрытие с помощью вольтамперометрического метода исследования.