Тузова

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