Список исполнителей

Руководитель проекта:

доктор физ.-мат. наук Матрасулов Д.У.

Исполнители:

проф., доктор физ.-мат. наук
Оксенгендлер Б.А.
Стажер-исследователь
Юсупов Ж.Р.

ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ

РАБОТА ПОСВЯЩЕНА:
Данный проект направлен на исследование роли квантово-размерных
эффектов в многоэлектронных фотовольтаических процессах, составляющих
основу механизма высокоэффективного преобразования солнечной энергии.
В частности, за текущий период впервые построена модель
экспериментально обнаруженного недавно резкого увеличения сквозного
фототока в солнечных элементах на основе композитов «квантовые доты -
полимер». В основе модели лежат представления о резонансном
туннелировании носителей заряда через локальныйй уровень органической
прослойки между квантовой точкой и полимерной матрицей. Кроме того,
рассмотрено влияние интерференции двух путей перевода электрона из
валентной зоны в зону проводимости в квантовой точке, при когерентном
сложении ионизации которых может реализоваться резонанс Фано, что
приводит к возрастанию внутренней эффективности преобразование света и
может быть основой для увеличения КПД солнечного элемента на основе
эффекта множественной экситонной генерации (МЭГ).
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
Гибридные солнечные элементы, полимеры, квантовые точки, перовскиты.

ЦЕЛЬ:
Целью данного проекта является теоретическое изучение процесса генерации
экситонов, разделения заряда, а также динамики носителей в гибридных
солнечных элементах на основе полимеров, квантовых точек, а также
перовскитов. В частности, в рамках проекта предусмотрено изучение и
объяснение механизма множественной генерации экситонов в солнечных
элементах на основе квантовых точек, разделение заряда и транспорт в
фотовольтаических полимерах, а также динамика носителей заряда в
солнечных элементах на основе перовскитов. При исследовании будут
применены как квантово-механические, так и нелинейные модели на основе
теории солитонов.

ОСНОВНАЯ ЗАДАЧА:
Основной задачей данного проекта является изучение динамики заряда,
включающей их перенос, расщепление и рекомбинацию в солнечных
элементах третьего поколения на основе полимеров, квантовых точек,
перовскитов, а также их гибридов.

ВВДЕНИЕ

Создание высокоэффективных, гибких и коммерчески
конкурентноспособных солнечных элементов третьего поколения является
актуальной задачей ряда дисциплин современной науки таких, как физика
конденсированных сред, химия полимеров, материаловедение,
фотовольтаика и другие. К настоящему времени выделилось несколько
способов решения подобной задачи, каждая из которых стала отдельным
направлением в современной фотовольтаике.
Первым из таких направлений является создание гибких и дешевых
солнечных элементов на основе полимеров и их гибридов с углеродными
наноструктурами. Здесь речь идет о создании фотовольтаических
материалов, обладающих очень маленьким весов, гибкостью, экологической
безопасностью, но с маленьким КПД (около 8-12%). Из-за значительной
низкой себестоимости и компактности подобные солнечные элементы могут
вполне конкурировать с теми, что на основе кремния. Исследования по
данной тематике выделились в отдельное направление, называемое
органической фотовольтаикой.
Вторым направлением, нацеленным на решение проблемы создания
солнечных элементов третьего поколения, является разработка
фотовольтаических материалов, КПД которых превышает так называемый
барьер Шокли-Куизера, т.е. 45 %. В настоящее время наиболее вероятным
кандидатом на данный солнечный элемент являются материалы,
позволяющие множественную генерацию экситонов при поглощении одного
фотона, т.е. солнечные элементы на основе квантовых точек. Однако
решение подобной задачи пока еще далеко от вне лабораторной реализации
ввиду сложности технологии и ее высокой себестоимости.
И, наконец, третий, и на данный момент, наиболее перспективный
кандидат на солнечные элементы третьего поколения, способными заменить
кремниевые – это солнечные элементы на основе перовскитных материалов.
Подтверждением тому является наблюдающийся в последние годы бум в
10
литературе по данной области и монотонный рост КПД данных материалов с
7 до 21 % в течение последних 4-х лет.
Изучение микроскопических механизмов образования, разделения и
переноса зарядов в каждой разновидности вышеупомянутых материалов
является главной задачей данного проекта.