Vislielākais burtu izmērs
Lielāks burtu izmērs
Burtu standarta izmērs
Materiāli un to struktūras tandēma saules šūnām
Pēdējās izmaiņas veiktas:
25.10.2013
Ieguldījums tavā nākotnē!

 

Projekta vadītājs: Prof., Dr.hab.phys. Ivars Tāle

Projekts tiek īstenots ar Eiropas reģionālās attīstības fonda (ERAF) Programmas „Uzņēmējdarbība un inovācijas” papildinājuma 2.1 prioritātes „Zinātne un inovācijas” 2.1.1. pasākuma „Atbalsts zinātnei un pētniecībai” atbalstu. Projekta kopējās izmaksas ir LVL 318 790 LVL. No tiem ERAF līdzfinansējums ir LVL 294 880,00 apmērā, kas sastāda 92,5% no Projekta kopējām attiecinātām izmaksām, cita publiskā finansējuma LVL 23 910,00, kas sastāda 7,50% no projekta attiecināmām izmaksām. Paredzamais izpildes laiks ir 36 mēneši (01/11/2010 - 31/10/2013).

Projekta pieteicējs: LU Cietvielu fizikas institūts

Projekta vispārējais mērķi

Attīstīt alternatīvus risinājumus saules enerģijas šūnu dizainam, tai skaitā kaskādes tipa šūnas ar paaugstinātu saules enerģijas konversijas efektivitāti elektriskā un ar samazinātām ražošanas izmaksām.

Projekta specifiskie mērķi un darbības

Radīt jauna tipa saules šūnu (SŠ) starojumam no ultravioletā (UV) līdz infrasarkanam (IS) spektra rajoniem apvienojot tandēmā organisko pusvadītāju SŠ ar Si- bāzētu SŠ ar palielinātu enerģijas konversijas efektivitāti.

Attīstīt tehnoloģiju amorfa silīcija slāņu vadāmai termiskai kristalizācijai un pielietot Si- bāzētu saules šūnu dizaina izstrādei.

Izstrādāt jaunus organiskos pusvadītājus, optimizētus pielietojumam tandēmā ar Si bāzētu SŠ.

Izveidot jauno speciālistu kolektīvu, kuru kompetence, zināšanas, mākas un pieredze nodrošina bāzi inovatīviem risinājumiem un konkurētspējīgas saules paneļu ražošanas attīstībai Latvijā.

Projekts realizē 2007.g. pieņemto Eiropas Savienības ilgtermiņa stratēģiju enerģijas politikas jomā un 2009.gada 31.augusta (prot. Nr.54 24.§) MK rīkojumu Nr.594 „Par prioritārajiem zinātnes virzieniem fundamentālo un lietišķo pētījumu finansēšanai 2010.-2013.gadā”). 

Projekta pētījumi un izstrādes materiālu zinātnē atbilst atjaunojamās enerģētikas attīstības prioritātei Latvijā.

Projekta prioritātes

Projektā realizējamās problēmas un to risinājumi tiek orientēti uz Latvijas industrijas attīstības tendencēm, kuras ietver materiālu uztvaicēšanas, uzputināšanas vai ķīmiskas izsēdināšanas tehnoloģijas ar iespējām tās modificēt jaunu inovatīvu pārklājumu un ierīču ražošanai.

LU Cietvielu fizikas institūtā projekta tematikas turpināšanai tiks realizēta kompetentu jauno speciālistu kolektīva sagatavošana. Tas nodrošina bāzi jauniem inovatīviem risinājumiem un konkurētspējīgas saules paneļu un gaismas diožu ražošanas attīstīstību  Latvijā. 

Projekta aktivitātes

Projektā paredzētais pētījumu kopums ir izvērsts piecās aktivitātēs tā, lai tā īstenošanai, piedāvātais problēmu risinājums un darbības dotu vislielāko ekonomisko efektu  atjaunojamo resursu iegūšanai enerģētikā, jo tiek izstrādāts jauns produkts un tehnoloģija, kura tai skaitā samazina ietekmi uz vidi.

1. Tehnoloģiju izstrāde tandēma saules šūnas materiālu iegūšanai

a-Si slāņa uzklāšanas un tā termiskās kristalizēšanas izstrāde un izpēte. Pc-Si slāņu īpašību raksturlielumu izpēte atkarībā no lāzera impulsu viļņu garuma, impulsu enerģijas blīvuma uz slāņa laukuma vienību pc-Si slāņa iegūšanai noteiktā dziļumā. pc-Si virsmas pasivācijas izstrāde kristalizējot N2 vai H2 atmosfērā, slāņu foto elektrisko raksturlielumu izpēte.

Plāno sublimēto slāņu sastāva un iegūšanas izstrāde no zemmolekulāriem fotojūtīgām p- un n-tipa vadāmības pusvadītāju savienojumiem. Homogēnu slāņu iegūšanas nosacījumu izstrāde, foto elektrisko parametru izpēte materiālu sintēzes optimizācijai.

2. Organiska pusvadītāja  un polisilīcija  saules šūnu  izstrāde

Vadošo un caurspīdīgo oksīdu (ITO, ZnO, SnO) un polimēra (PEDOT-PSS) slāņu, metālu (Au, Al, Ag, Ca) un OP SŠ kontaktīpašību izpēte, materiāla sastāva un slāņu biezuma optimizācija maksimālās SŠ starojuma konversijas efektivitātes iegūšanai.

Pc-Si bāzētas SŠ slāņu struktūras izstrāde. Secīga p- un n- tipa a-Si termiska rekristalizācija p-i-n aktīvās struktūras iegūšanai. Rekristalizācijas parametru izstrāde un optimizācija i- starpslāņa izveidošanai, Saules šūnu fotoelektrisko īpašību izpēte atkarībā no slāņu sastāva un struktūras. Vadoša, optiski caurspīdīga kontakta pārklājuma sastāva un uznešanas izstrāde uz cietas pamatnes, vai polimera plēves.

3. Tandēma saules šūnas izstrāde

Elektronu un caurumu tuneļa efekta izpēte izolējošos robežslāņos divu pusvadītāju konttaktā. Interfeisa nanoslāņa uzklāšanas metodes izstrāde un tā elektrofizikālo īpašību izpēte elektronu tuneļa pārejas veidošanai un pretstrāvas bloķēšanai  T-SŠ.

4. Pētniecības rezultātu publiska pieejamība

5. Pētniecības rezultātu rūpnieciskā  īpašuma tiesību nostiprināšana

Projektā risinātās zinātniskās problēmas

Mezgla problēmu risināšanai tandēma  saules šūnu (SŠ) slāņu struktūru izstrādei, kuras bāzējas uz Si- un organisko pusvadītāju (OP)- nanokārtiņu īpašībām, reducējas uz savstarpēji saistītu darbību kopu. Tā ietver hierarhisku pētījumu secību, kas ietver materiālu izpēti, turpmāku SŠ veidojošo p-n funkcionālo struktūru izstrādi, kas tiek apvienots tandēma saules šūnas struktūrā.

Paredzēts katram, tandēmu veidojošo SŠ tipam vienlaicīgi veikt slāņu sastāva, struktūras un iegūšanas paņēmienu izstrādi un optimizāciju.

Turpmākā atsevišķu SŠ izstrāde ietver pētnieciski-tehnoloģisku uzdevumu kopumu, lai nodrošinātu augstu tandēma SŠ saules enerģijas konversijas efektivitāti. Tam nepieciešams vispirms izstrādāt optimālo sastāvu un tehnoloģiju katrai - Si-SŠ un OP-SŠ un paralēli izpildīt kopējās prasības attiecībā uz absorbētā starojuma spektrālo sadalījumu, īsslēguma strāvu, struktūru savietojamību un savstarpējo iegūšanas procesu savietojamību (piem. struktūru iegūšanas temperatūra, slāņu kontakts, adhēzija).

Tandēma SŠ izstrāde tiks sākta pēc materiālu sastāva izstrādes OP-SŠ un kristāliskās struktūras izstrādes Si-SŠ. Svarīgākā risināmā problēma ir izstrādāt un izpētīt interfeisa slāni lādiņu nesēju pretplūsmas bloķēšanai starp virknē saslēgtām OP-SŠ un Si-SŠ struktūrām.

Elektrovadošu omisku kontaktu izstrāde un izpēte tiks veikta vienlaicīgi ar atsevišķu SŠ un tandēma SŠ izstrādēm.

Projektā realizējamā problēmas risinājums ir starpdisciplinārs cietvielu fizikas, organiskās ķīmijas, materiālu zinātnes un tehnoloģijas komplekss.

Galvenie tehnoloģiskie darbi ietver metālu termisko iztvaicēšanu, OP materiālu termisko iztvaicēšanu un liešanas metodi (spin coating SC),  a-Si plānu kārtiņu iegūšanu ar magnetrona izputināšanu vakuumā, vai termisku iztvaicēšanu, a-Si slāņu vadāmu termisko rekristalizāciju.

Projektā kā svarīgas darbības ir ietverta piedalīšanas starptautiskos kongresos un konferencēs par projekta tematiku, t.s. MRS, e-MRS , ECOF, kā arī literatūras un patentu studijas.

Projekta galvenie rezultāti

Projekta rezultātā tiks izveidots jauns produkts. Produkta inovācija ir organisko pusvadītāju foto šūnas un silīcija foto šūnas savietošana tandēma šūnā ar principiāli jaunām īpašībām.

1. Organiskā pusvadītāja šūnas materiālu fotoaktīvais spektra rajons ir modificējams  izmainot sintēzes parametrus. Inovatīva ir organiskā pusvadītāja izstrāde silīcija – organiskā materiāla kopējā fotoaktīvā spektrālā sastāva optimizācijai ar maksimālo saules enerģijas konversijas efektivitāti.

2. Tandema saules šūnas EDS ir tuvs summai no abu tandēmu veidojošo saules šūnu EDS. Principāla inovācija tandēma šūnas dizainā, ar mērķi iegūt maksimālo saules enerģijas konversijas efektivitāti, ir organisko pusvadītāju šūnas radīšana, kuras īsslēguma fotostrāva saules starojuma spektram ir vienāda ar silīcija bāzētas šūnas īsslēguma strāvu.

3. Silīcija bāzētas mikrokristāliskas šūnas radīšanas tehnoloģija, kas ietver p-i-n diodes iegūšanu ar secīgu  p – tipa amorfa  Si un n -tipa amorfa Si termisku rekristalizāciju ir inovatīva tehnoloģija. Tā samazina leģētu Si slāņu uznešanas izmaksas aizvietojot slāņu iegūšanu no silāna, kas leģēts ar fosfīnu ar tiešu p- un n- tipa  amorfa silīcija izejas materiālu termisku uzputināšanu un rekristalizāciju