Органические ФЭП

Название проекта Сколково

«Тонкопленочные органические солнечные элементы на основе полимерных наночернил»

Название (сокр):

Разработка фотопреобразователей солнечной энергии на основе наноразмерных органических полимерных полупроводниковых материалов

Полное название:

Разработка фотопреобразователя солнечного энергии (ФСЭ) на гибкой основе с тонкослойными активными элементами из органических полимерных полупроводниковых материалов (ОППМ), включающих наноразмерные частицы органического соединения и/или металлов.

Цели проекта

Целью проекта является разработка лабораторного образца фотопреобразователя солнечной энергии на основе полимерных полупроводниковых материалов и их нанокомпозитов с кпд не менее 4,4%.

Работы проводятся в рамках государственного контракта № 8181р/12945 с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научной сфере

Актуальность разработок на российском и зарубежном рынках

В связи с непрерывным обострением экологических проблем, а также удорожанием и постепенным истощением запасов традиционных энергоносителей (прежде всего нефти и газа), возобновляемая энергетика считается весьма перспективной отраслью экономики. В текущем десятилетии в мировой энергетике на основе возобновляемых источников энергии наблюдаются весьма высокие темпы роста и инвестиционная активность. Наиболее перспективным возобновляемым источником электроэнергии является солнечная энергия. В настоящее время доля солнечной энергетики на мировом рынке возобновляемой энергетики составляет примерно 4,4%. Развитие мировой солнечной фотоэнергетики связано с масштабными программами поддержки возобновляемой энергетики, реализуемыми в высокоразвитых странах Европы, а также в США, Японии. Правительственная поддержка возобновляемой энергетики и, в частности, солнечной энергетики, стимулировала в последнее десятилетие ежегодное увеличение объемов производства солнечных элементов в среднем на 30-40%. В России, несмотря на широкое практическое использование солнечных батарей для энергетических целей в космических аппаратах и орбитальных станциях, крупномасштабного производства наземных фотоэлектрических установок пока нет. Однако в последние два года рынок возобновляемых источников энергетики в России, в частности фотоэлектричества, является одним из самых перспективных. В связи с этим появился ряд проектов по производству солнечных фотоэлементов. Так, корпорация РОСНАНО и Группа компаний «Ренова» приступают к созданию в России производства солнечных батарей на основе кремниевых полупроводников.

В то же время научные центры и фирмы ведут исследования и разработки фотопреобразователей солнечной энергии на основе фоточувствительных органических и полимерных полупроводников. Такие фотопреобразователи отличаются простотой технологии изготовления, дешевизной исходных компонентов, а также возможностью получения гибких панелей преобразователей большой площади. Эти качества позволяют им найти свой сектор в рынке солнечной фотоэнергетики, а также делают их конкурентоспособными с традиционными солнечными батареями. Создание полимерных фотопреобразователей способствует освоению дешевых, экологически чистых солнечных электростанций, которые в комплексе с высокоемкими полимерными аккумуляторами сократят количество вредных выбросов в атмосферу, что решает еще одну острую проблему современности.

 

Общие характеристики продукта

В результате выполнения проекта будут приготовлены лабораторные макеты фотопреобразователя солнечной энергии на гибкой основе со следующими характеристиками:

Коэффициент полезного действия, %

не менее 4,4*

Мощность солнечного света, мВт/см2

86

Напряжение холостого хода, В

в пределах 0.5 - 0.6

Линейные размеры элемента ФСЭ, мм.

20 х 20

Толщина элемента ФСЭ, мм.

2

Подвижность носителей заряда в ОППМ, см2/Вхс

не менее 1х10(-6)

Область применения

Пленочные фотопреобразователи солнечной энергии на гибкой основе предназначены служить дополнительным и во многих случаях альтернативным источником электроэнергии. Благодаря легкой конструкции и относительно невысокой стоимости они перспективны для применения как в условии городов и мегаполисов, так и в загородных и труднодоступных местах.

Существующие аналоги

Существует зарубежный аналог гибкого фотопреобразователя солнечной энергии. Он производится фирмой Konarka Technologies, Inc. Кпд устройства около 1,5%.

Подчеркнем, что самый высокий к.п.д. фотопреобразователя солнечной энергии на основе полимерных полупроводниковых материалов, полученный на лабораторном образце, равен 6.1% (см. S.H. Park, A. Roy, S. Beaupre, S. Cho, N. Coates, J.S. Moon, D. Moses, M. Leclerc, K. Lee and A.J. Heeger // Nature Photonics, vol. 3, p. 297, May 2009).

Список публикаций участников проекта за последние 3 года

1. А.В. Ванников. Полимеры с электронной проводимостью и устройства на их основе. Высокомолек. соед. А. 2009. Т. 51. №4. С.1-25.

2. A.R. Tameev, S.V. Novikov, A.V. Vannikov, E.M. Nechvolodova, S.A. Arnautov. Charge Mobility and Photovoltaic Behavior of MEH-PPV Films Prepared by Various Methods. Proc. of the IEEE Fourth World Conference on Photovoltaic Energy Conversion. (IEEE, New York, 2006), Vol. 1, P. 244 - 246.

3. Y.F. Huang, A.R. Inigo, C.C. Chang, K.C. Li, C.F. Liang, C.W. Chang, T.S. Lim, S.H. Chen, J.D. White, U.S. Jeng, A.C. Su, Y.S. Huang, K.Y. Peng, S.A. Chen, W.W. Pai, C.H. Lin, A.R. Tameev, S.V. Novikov, A.V. Vannikov and W. Fann. Nanostructure-dependent Vertical Charge Transport in MEH-PPV Films. Adv. Funct. Mater. 2007. V.17. N.15. P.2902-2910.

4. A.R. Tameev, L. Licea Jimйnez, L.Ya. Pereshivko, R.W. Rychwalski, A.V. Vannikov. Charge Carrier Mobility in Films of Carbon-Nanotube-Polymer Composites. J. Phys.: Conf. Series. 2007. V.61. P. 1152-1156.

5. A.R. Tameev. Charge Mobility in Polymer Systems. Nonlinear Optics and Quantum Optics. 2007. V.37. N.1-3. P. 185-195.

6. А.Р. Тамеев, С.В. Новиков, А.В. Ванников. Транспорт заряда в полимерных композициях, включающих нанокристаллы. Росс. нанотехнологии. 2007. Т.2. №11-12. С.97-98.

7. А.Р. Тамеев, С.В. Новиков, А.В. Ванников. Транспорт заряда в полимерных композициях, включающих нанокристаллы. Химия высоких энергий. 2008. Т.42. №4(прил.). С.77-78.

8. В.А. Колесников, М.Г. Тедорадзе, А.Р. Тамеев, А.В. Ванников. Влияние света на эффект переключения проводимости тонких полимерных пленок. Высокомолек. соед. Б. 2008. Т.50. №12. С.2126-2166.

9. A.R. Tameev, L.Ya. Pereshivko, A.V. Vannikov. Charge Carrier Mobility in Films of Carbon-Nanotube-Polymer Composites. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2008. V.497. P. 333-338.

10.         А.Р. Тамеев, Л.Я. Перешивко, А.В. Ванников. Электрофизические свойства композитных пленок из поли-N-винилкарбазола и углеродных нанотрубок. Высокомолек. соед. А. 2009. Т.51. №2. С.235-240.

Фотоматериал

 

                                   

           

                                

Скачать:

Презентация