Автореферат (1150340)
Текст из файла
На правах рукописиГревцев Артём СергеевичПОЛИОЛЬНЫЙ СИНТЕЗ СЕЛЕНОИНДАТОВ-ГАЛЛАТОВ МЕДИВ МИКРОВОЛНОВОМ ПОЛЕ02.00.21 – Химия твердого телаАВТОРЕФЕРАТДиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургскийгосударственный университет».Научный руководитель:Тверьянович Андрей Станиславович,кандидат химических наук,доцентОфициальные оппоненты:Толочко Олег Викторович,доктор технических наук, профессорФГАОУ ВО «Санкт-Петербургскийполитехнический университет ПетраВеликого»Сычев Максим Максимович,доктор технических наук, доцент,ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургскийгосударственный технологический институт(технический университет)»Ведущая организация:Акционерное общество «Научноисследовательский и технологическийинститут оптического материаловеденияВсероссийского научного центра«Государственный оптический институт им.С.И. Вавилова»Защита состоится _____________ в ___ часов на заседании советаД 212.232.41 по защите докторских и кандидатских диссертаций при СанктПетербургском государственном университете по адресу: 199004, СанктПетербург, Средний пр., д.
41/43, большая химическая аудитория.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А. М.Горького, СПбГУ, Университетская наб., д. 7/9 и на сайте www.spbu.ru.Автореферат разослан «____» ___________ 2017 г.Учёный секретарьдиссертационного советаС. М. Шугуров2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыСолнечная энергетика является одним из активно развивающихсянаправлений получения электроэнергии. Особый интерес представляетнепосредственнопрямоепреобразованиесолнечнойэнергиивэлектрическую при помощи фотоэлектрических преобразователей. Дляполучения высоких значений КПД преобразователей применяютсявакуумные методы синтеза фото-поглощающих слоев, что обуславливаетвысокую стоимость их производства, технологические сложности созданияфотоэлектрических преобразователей с большими площадями рабочейповерхности.
В связи с этим ведутся активные разработки методов иматериалов, позволяющих получать тонкие фоточувствительные пленки невакуумными методами.Одним из путей решения данной проблемы является применениенаночастиц неорганических полупроводников и органо-неорганическихкомпозитов для формирования фото-поглощающего слоя методами печати ираспыления спрея. Интерес к неорганическим наночастицам обусловленвысокимкоэффициентомпоглощения,отсутствиемзначительныхповреждений при длительной эксплуатации.Перспективным материалом для создания фотопоглащающего слоясолнечных элементов являются селеноиндаты-галлаты меди CuInxGa1-xSe2 соструктурой халькопирита.
Данный материал обладает близкими коптимальным оптическими и электрическими свойствами, при этомварьирование состава позволяет оптимизировать ширину запрещенной зоныдля применения в солнечных батареях с одним или несколькимифотопоглощающими слоями.Существуют различные методы получения селеноиндатов-галлатовмеди в виде тонкослойных пленок и наноразмерных частиц CuInxGa1-xSe2.Перспективным и активно развивающимся направлением являетсяхимический синтез из растворов солей металлов в органическихрастворителях, однако, для синтеза наночастиц используются токсичныевещества для получения растворов селена.
При химическом синтезе израстворов данных соединений с использованием элементарного селенаосновной проблемой является длительное время синтеза и чистотаполучаемых продуктов. Синтез из растворов часто требует специфическихдополнительных методик (стадий) для достижения оптимального результата,таких как метод горячей инъекции и ступенчатого нагрева. Часть проблемстандартного термического синтеза из растворов может быть решена прииспользовании следующих подходов:1. Применение микроволнового нагрева позволит ускорить времясинтеза, а также получить наночастицы без дополнительных стадийполучения пересыщенного раствора селена.2.
Применениевкачестверастворителяивосстановителяполиэтиленгликолей позволит существенно увеличить температуру синтеза,3чтодолжноспособствоватьобразованиютройныхсоединенийнепосредственно в растворе в процессе проведения синтеза бездополнительных этапов отжига частиц.3. Использованиеполиэтиленгликолей,обладающихвысокойтемпературой кипения, в сочетании с элементарным селеном позволитпроводить синтез без растворения селена в органических растворителях, вотличие от стандартного синтеза из растворов, что представляетфундаментальный интерес к данному не изученному процессу.В связи с чем, представляет интерес исследование механизма реакции иоптимизация параметров полиольного микроволнового метода синтезананочастиц составов CuInxGa1-xSe2.Цель диссертационной работы заключалась в разработке методикисинтеза полупроводниковых наночастиц составов CuInxGa1-xSe2 на основеполиольного микроволнового (МВ) метода, изучение химических процессовпротекающих при синтезе и исследовании свойств получаемых наночастиц вкачестве материала фотопоглощающего слоя в солнечных элементах.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1. Экспериментальное моделирование и исследование процессовпротекающих при взаимодействии исходных реагентов и промежуточныхпродуктов в МВ поле.2. Исследование механизма реакции образования наночастиц CuInxGa1xSe2 при МВ синтезе.
Выявление промежуточных продуктов и основныхфакторов, влияющих на процесс синтеза наночастиц и свойства получаемыхматериалов.3. Получение тонких слоев (пленок) из синтезированных наночастицселеноиндатов-галлатов меди и исследование их морфологии, оптических ифотоэлектрических свойств.Научная новизнаИсследован механизм формирования наночастиц тройных соединенийCuInSe2 при микроволновом и термическом нагреве в полиэтиленгликолях изсолей металлов и элементарного селена, при этом отмечены значительныеотличия от синтеза бинарных и тройных селенидов из селен-содержащихрастворов.Установлена зависимость морфологии промежуточного продуктасинтеза, коллоидной меди, от молекулярной массы полиэтиленгликоля(ПЭГ), применяемого в процессе синтеза. Продемонстрировано получениечастиц коллоидной меди кубической формы и в виде наностержней вполиэтиленгликолях.Предложена модель структуры комплекса меди с полиэтиленгликолем,при этом экспериментально обосновано участие кислорода концевыхгидроксильных групп полиэтиленгликоля.Предложена модель взаимодействия селенидов меди, являющихсяпромежуточными продуктами полиольного микроволнового синтеза4селеноиндатов-галлатов меди, с растворами солей индия и галлия в ПЭГ присинтезе в МВ поле.Практическая значимость работыРазработаны условия синтеза наночастиц, позволяющие получитьчастицы со средними размерами 70 – 110 нм составов CuInxGa1-xSe2 изэлементарного селена и раствора солей индия и галлия в полиэтиленгликоле,при этом структура данных частиц и оптические свойства соответствуютсвойствам объемных материалов и пленок, наносимых вакуумнымиметодами.
Полученные в ходе работы композитные пленки изсинтезированныхнаночастицCuInxGa1-xSe2/PCBMобладаютвоспроизводимой фоточувствительностью и могут быть использованы вкачестве фотопоглощающего слоя солнечных батарей.Основные положения, выносимые на защиту1. Процесс растворения хлорида меди в ПЭГ протекает с образованиемоктаэдрического комплекса с ромбическим искажением, при этом вобразование комплекса в первую очередь участвуют концевыегидроксильные группы ПЭГ.2.
При микроволновом облучении ПЭГ наблюдается процессвнутримолекулярного отщепления воды с образованием концевых двойныхсвязей, однако, в присутствии солей меди (II), происходит поэтапноевосстановление Cu2+ до Cu+ и затем до Cu0 с участием концевыхгидроксильных групп с образованием карбонильных групп, что приводит кподавлению внутримолекулярной дегидратации.3.
Синтез селеноиндатов-галлатов меди протекает через стадиюобразования селенидов меди, при этом катионы индия и галлия реагируют собразовавшимися частицами селенидов меди без промежуточной стадииобразования селенидов индия и галлия в виде отдельной кристаллическойили аморфной фазы.4. Наночастицы CuInxGa1-xSe2 со структурой халькопирита могут бытьсинтезированы полиольным микроволновым методом из элементарногоселена и раствора солей соответствующих металлов в ПЭГ, при этом ихсвойства соответствуют объемному материалу.5. Сформированные на основе синтезированных частиц композитныепленки CuInxGa1-xSe2/PCBM (PCBM – метиловый эфир [6,6]-фенил С61бутановой кислоты) могут использоваться в качестве фотопоглощающегослоя солнечных батарей.Апробация работыОсновное содержание работы опубликовано в 4 статьях и представленов 3 докладах.
Статьи опубликованы в журналах: Russian Journal of AppliedChemistry (2014, Vol. 87, No. 6, p. 671−675), Materials Research Express (2017,Vol. 4, 015006), Glass Physics and Chemistry (2017, Vol. 43, No. 1, p. 70−74),Functional Materials Letters (2017, Vol. 10. P. 1750050). Материалы работыпредставлены на конференциях: VIII Всероссийской конференции молодыхученых, аспирантов и студентов с международным участием по химии и5наноматериалам«Менделеев-2014»(Санкт-Петербург2014);IXВсероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов смеждународным участием по химии и наноматериалам «Менделеев-2015»(Санкт-Петербург 2015); X Международная конференция молодых учёных похимии «Менделеев-2017» (Санкт-Петербург 2017)Объем и структура диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, трех глав (обзорлитературы, экспериментальные методы синтеза и исследования наночастицCuInxGa1-xSe2, экспериментальные результаты и их обсуждение), основныхрезультатов и выводов, списка сокращений и условных обозначений, спискалитературы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
