Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
(А)ПЭМ светлого поля 7 нм нанокристалла PbS0,7Se0,3. На вставке хорошо видна однофазность полученных нанокристаллов и отсутсвие структуры типа ядро-оболочка. (B),(C), (D) ПЭМ с энергетическим фильтром; красным показано распределение атомов серы, синим - селена.
Содержание серы в полученных образцах в зависимости от её содержания в прекурсоре (по данным обратного резерфордовского рассеяния).
(А)Спектры поглощения полученных 4 нм полупроводниковых нанокристаллов с различным содержанием серы. (B) Спектры поглощения и фотолюминесценции частиц PbSe, PbS, и PbS0.7Se0.3 одинакового размера.
На вставке зависимость ширины запрещенной зоны от состава нанокристаллов.
(A) Фототок (черным), напряжение разомкнутой цепи (красным) и (B) эффективность превращения солнечной энергии в полученных фотоэлементах в зависимости от состава полупроводниковых нанокристаллов.

Солнечный раствор

Ключевые слова:  альтернативные источники энергии, солнечный элемент, халькогениды свинца

Опубликовал(а):  Тарасов Алексей Борисович

16 марта 2009

Нанокристаллические полупроводники (ColNCs) являются перспективным материалом для фотовольтаических применений ("солнечная энергетика"), благодаря их высокой фотоактивности и дешевизне. В последнее время было предложено большое число подходов к созданию фотовольтаических устройств на их основе, таких как использование композитов ColNC-полимер, послойное осаждение ColNCs разного типа (гетероструктур) или их нанесение на различные подложки. Однако в большинстве случаев высокая фотоактивность полученных материалов нивелируется низкими показателями транспорта носителей заряда между нанокристаллами.

Семейство халькогенидов свинца активно исследуется в качестве материала для создания эффективных солнечных батарей в силу большего боровского радиуса экситона (18 нм, 47 нм и 150 нм для PbS, PbSe и PbTe, соответственно). Устройства, созданные на основе PbSe, демонстрируют высокий фототок, в то время как использование PbS позволяет получить более высокое напряжение разомкнутой цепи. При этом возможно получение твердых растворов замещения.

Группа ученых под руководством П. Аливисатоса из University of California, Berkeley (UCB) предложила простую методику синтеза монодисперсных, высококристалличных тройных ColNCs состава PbSxSe1-x. Смесь 446 мг PbO, 1,4 г олеиновой кислоты и 10г октадецена нагревали до 150оС в 50 мл трехгорлой колбе в течение часа. После этого к раствору быстро приливали раствор триоктилфосфина-Se (TOP/Se), триметилсилилсульфида (TMS2S) и дифенилфосфина, взятых в необходимом соотношении, в октадецене и оставляли при температуре 150оС в течении 90 с. По истечении указанного времени реакционную смесь закаляли, резко снижая температуру до комнатной и добавляя в колбу 5 мл безводного гексана. В силу более высокой реакционной способности TMS2S по сравнению с TOP/Se соотношение S и Se в полученных нанокристаллах, по данным резерфордовского обратного рассеяния, отличалось от их соотношения в прекурсоре (см. рис 2). По данным ПЭМ, полученные монодисперсные нанокристаллы представляют из себя твердые растворы с однородным распределением S и Se. Результаты оптических измерений представлены на рис.3. Для исследования фотовольтаических свойств нанокристаллы нанесли на покрытое ITO (~300 нм) электропроводящее стекло погружением последнего в раствор ColNCs в гексане. Эту процедуру многократно повторяли до получения приблизительно 100 нм слоя ColNCs, после чего на него электроннолучевым испарением напыляли алюминиевый контакт.

На рис.4 показана зависимость фототока и напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) от состава нанокристаллов. Так, для состава PbS0,7Se0,3 Jsc = 14.8 мА/см2, а Voc=0,45 В. Эффективность полученного устройства составила 3,3%, что вдвое больше, чем для простых бинарных PbS и PbSe. Увеличение плотности фототока связывают с увеличением боровского радиуса экситона в полученных трехкомпонентных нанокристаллах по сравнению с чистым PbS. "Электронная связанность" отдельных нанокристаллитов возрастает, что приводит к улучшению транспорта носителей заряда в материале.

Единственное, о чем можно жалеть, - это своеобразная для таких систем спектральная чувствительность, о чем мы ранее сообщали на сайте...




Комментарии
Расшифруйте, пожалуйста, сокращение CoINCs.
Colloidal nanocrystals
Коваленко Артём, 20 марта 2009 11:29 
Л В А, 22 марта 2009 18:14 
Для практического применения нужно до 10% увеличить КПД.
Л В А, so far эти 3 с лишним процента одни из
рекордных для solar cells на коллоидных
полупроводниках. Нужен новый принцип.
Л В А, 24 марта 2009 12:45 
Если поступать как делали эти разработчики, то да, это так. Есть иной способ повышения КПД такого типа батарей. Собственно идет речь об ином коллоиде. В некотором смысле это даже и не коллоид вовсе. Сейчас пытаюсь заинтересовать данной разработкой наших питерских товарищей, если не получится, вроде как итальянцы интерес выказывали.


В принципе для потребителя до балды сколько стоит там какая-то батарея - ему важно сколько он на круг заплатит за энергообеспечение загородного дома.

Наиболее серьёзным конкурентом для южных районов (для России - южнее Ростова-на-Дону) является Стирлинг - достаточно одной -двух "тарелок". Это решение примерно в полтора раза дешевле текущих значений стоимости установочной мощности за КВТ. А если по жизненному циклу посчитать, то и втрое.
Л В А, 24 марта 2009 12:56 
Есть также альтернатива, еще от Семенова идущая - синтетический фотосинтез. на смешанных термохимических процессах удавалось получать до 50% преобразования световой энергии в химическую (это по проверенным данным, но непроверенным до 64%). На водород-кислороде поменьше 20-30%. Но при низком КПД (20%, фотокатализ) вся технология значительно проще. Думается сейчас за счет тех же наночастиц п/п можно будет поднять этот КПД до 40%, что очень интересно.
Представь, можно использовать простые трубки с подачей воды и простыми же зеркалами. Берешь бочку 5МОм (возможно и погрязнее 50комной) воды, туда добавляешь катализатор и заправляешь этим систему, доливаешь раз в год. Остальное - емкости кислород-водород под землей на участке, те же fuell cells и вуаля - круглосуточное решение отопления и энергообеспечения дома в одном флаконе. При добавлении некоторых элементов используемых для ZEH результат будет вообще удивительный - дом будет произвдить больше электроэнергии и тепла/холода, нежели потреблять. Это очень интересно, т.к. позволит окупить быстрее всю эту систему.

Стоимость такого порошка для заправки - примерно 500Евро.
Вся же система встанет примерно 400Евро за кВт без учета стоимости топливных ячеек, батарей и инвертора.
Л В А, 24 марта 2009 12:57 
Возможно, в течении 2-3лет, если делать эти устройства где-нибудь в российской глубинке, а устанавливать в Италии, Испании, Франции.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Микрокосмос
Микрокосмос

Интервью с участниками, авторами задач и организаторами XIII Олимпиады
Предлагаем ознакомиться с подборкой видеороликов - миниинтервью, взятых в течение очного тура XIII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" (25 - 30 марта 2019 года).

Неделя Олега Лосева
Портал RSCI.RU и инициаторы проведения "Недель Олега Лосева" приглашают все вузы и факультеты физико-технологического и радиоэлектронного профиля к участию в первой Неделе Олега Лосева в Рунете, посвященной Олегу Владимировичу Лосеву - признанному пионеру полупроводниковой электроники и оптоэлектроники.

Магистратура Московского университета по химической технологии
Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова объявляет о приеме в магистратуру "Химическая технология" для подготовки специалистов в области полимерных композиционных материалов, углеродных материалов, защитных покрытий.

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
Семенова Анна Александровна
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.