Диссертация (1150342), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Зависимость (ahν)2 – hν полученная из спектра поглощения пленкиCuInSe2(краснаялиния–экстраполяциялинейногоучасткакраяфундаментального поглощения).Экстраполяция линейного участка полученного графика на ось hν, согласноуравнению Тауца соответствует значению оптической ширины запрещеннойзоны. Для нанопорошков CuInSe2, CuGaSe2 получены следующие значенияCuInSe2 (Eg=0,96 ± 0,05 эВ), CuGaSe2 (1,58 ± 0,05 эВ), которые соответствуютлитературным данным для монолитных образцов [154, 155].3.3. Фотоэлектрические свойства полученных композитных пленокФоточувствительностьматериаловиспользуемыхдлясозданияСЭнеразрывно связана со свойствами фотоэлектрической ячейки, в которойпроизводится исследование.
Обычно рассматривают фотовольтаические свойстваготовыхсолнечныхэлементов,сравниваяразличныеструктурыпристандартизированных условиях съемки. Значения фототока (обычно плотноститока), получаемого при облучении СЭ, как и все остальные важнейшие96фотовольтаические характеристики (ток короткого замыкания, напряжениехолостого хода, кпд солнечного элемента и др.) зависят как от выбранныхматериалов, так и от структуры самого СЭ. Безусловно, эффективность СЭзависит от многих факторов и для создания высокоэффективных солнечныхбатарей требуется технологическая отработка и оптимизация всех компонентов ипроцессов нанесения слоев материалов, в связи с этим в нашем случае основнойзадачей было проверить принципиальную возможность создания СЭ изсинтезированных полиольным микроволновым методом порошков.
Посколькупредполагаемымприменениемполучаемыхчастицявляетсянанесениепоглощающего слоя методами печати (или иными не вакуумными методами)былисформированыкомпозитныепленкистекло/ITO/CuInSe2/PCBM,стекло/ITO/CuGaSe2/PCBM (описание процесса формирования пленок приведенов разделе 2.5).На рис 3.31 представлена вольтамперная характеристика, полученная вэлектрохимическойячейкедляструктурыстекло/ITO/CuInSe2/PCBMпричередующемся режиме освещения (100 мВт см2)/затемнения образца во времяразвертки разности потенциалов от -0,5 до +0,5 В.При освещении плотность тока протекающего через ячейку возрастает длякаждого фиксированного значения потенциала. Значение плотности фототока(разница между темновой и световой вольтамперными характеристиками) дляструктуры стекло/ITO/CuInSe2/PCBM составляет 1 мкА/см2 при разностипотенциалов -0,2 В (относительно Ag/AgCl насыщенного KCl электродасравнения).97Рисунок 3.31. Вольтамперная характеристика, полученная в электрохимическойтрехэлектродной ячейке, структуры стекло/ITO/CuInSe2/PCBM.
Красная частькривой – образец освещен (100 мВт/см2), черная часть – образец не освещен,пунктир – область перехода.Для сформированной структуры стекло/ITO/CuGaSe2/PCBM плотностьфототока составила 7 мкА/см2 при разности потенциалов -0,2 В (рисунок 3.32).Основным фактором, определяющим низкое значение фототока, являетсязернистая структура получаемых слоев CuInSe2 и CuGaSe2. Также следуетотметить, что при выбранном методе формирования слоев (осаждение из взвесичастиц) удается сформировать однородные пленки с толщиной 4 – 10 мкм.Сопротивления таких пленок для ячеек стекло/ITO/CuGaSe2(CuInSe2)/Al лежат вдиапазоне 0,3 – 2 МОм, что обуславливает низкое значение наблюдаемого тока навольтамперных характеристиках. В случае более тонких пленок частицы,распределенные равномерно по поверхности, при высыхании пленки (испарениеспирта) слипаются, образуя островковую структуру.98Рисунок 3.32.
Вольтамперная характеристика, полученная в электрохимическойтрехэлектродной ячейке, структуры стекло/ITO/CuGaSe2/PCBM.Не смотря на относительно небольшие значения плотности фототокаданный эффект стабильно воспроизводится, что можно наблюдать на полученныхциклическихвольтамперныххарактеристикахдляструктурыстекло/ITO/CuInSe2/PCBM (рисунок 3.33).Для порошка состава CuIn0.7Ga0.3Se2 синтезированного полиольным МВметодом не удалось сформировать достаточно тонкую и однородную пленку (пометодикам,описаннымвразделе2.4),чтосвязаносналичиемполимеризовавшегося ПЭГ, который не удалось отделить от частиц постандартной методике. Частицы взвеси быстро оседают, образуя рыхлый слой наповерхности стекло/ITO как в случае осаждения центрифугированием, так и вслучае нанесения спин-коатингом из раствора в спирте.99Рисунок 3.33.
Циклическиевольтамперныехарактеристикиструктурыстекло/ITO/CuInSe2/PCBM.Попытки отделить частички CuIn0.7Ga0.3Se2 от остатков ПЭГ промыванием вхлороформе, гексане и хлорбензоле не приводят к отделению ПЭГ. Возможно,иные подходы к модификации синтеза приведут к получению твердых растворовбез примесей полимеров с высокой молекулярной массой.
Среди путей решенияданной проблемы можно выделить два направления – поиск способов отчисткипродуктов синтеза или использование другого растворителя или смесирастворителя и восстановителя для проведения синтеза.100Основные результаты и выводыВ работе были получены следующие основные результаты:1. В результате экспериментального моделирования и исследованияпроцессов,протекающихпривзаимодействииисходныхреагентовипромежуточных продуктов в МВ поле, установлено:а. При МВ нагреве ПЭГ наблюдается внутримолекулярное отщеплениеводы с образованием концевой двойной связи СH2=CH-O и образованиекарбоксильных и метильных групп.б.
Показано, что CuCl2 при растворении в ПЭГ образует комплексы сромбическим искажением октаэдрического окружения, в данных комплексах медьэкваториально окружена четырьмя атомами кислорода от ПЭГ и аксиально двумяатомами хлора. При МВ воздействии на раствор CuCl2 в ПЭГ происходитвосстановление катионов меди Cu2+до Cu1+ затем до металлической меди. Формаполучаемых частиц зависит от молекулярного веса ПЭГ.в. При МВ воздействии на CuCl2 и Se в ПЭГ образуются селениды меди.При аналогичных условиях соли индия (галлия) с Se в ПЭГ не взаимодействуют.2. Исследован механизм реакции полиольного микроволнового синтезананочастиц CuInSe2.
Установлено, что синтез соединений CuInxGa1-xSe2 проходитчерез стадии образования меди, селенидов меди, при этом образовавшиесяселениды в растворе ПЭГ взаимодействуют с катионами индия (галлия) образуятройные соединения селеноиндаты (галлаты) меди со структурой халькопирита.3. ПолиольнымМВметодомсинтезированысоставыCuInxGa1-xSe2(x=0, 1, 0.7) со средними размерами 70 – 110 нм.
Из синтезированных наночастицCuInSe2, CuGaSe2 сформированны однородные пленки, оптическая шириназапрещеннойзоныкоторыхсоответствуетлитературным значениям длямонолитного CuInSe2 (Eg=0,96 ± 0,05 эВ), CuGaSe2 (1,58 ± 0,05 эВ).4. Сформированы композитные пленки CuInSe2/PCBM, CuGaSe2/PCBM,исследованы их фотоэлектрические свойства. Полученные пленки обладают101фоточувствительностью и могут быть использованы в качестве поглощающегослоя для солнечных элементов.102БлагодарностиВыражаю благодарность преподавателям и сотрудникам кафедры лазернойхимии и лазерного материаловедения института химии СПбГУ за всестороннююподдержку в процессе выполнения работы.Отдельную благодарность выражаю своему научному руководителюАндрею Станиславовичу Тверьяновичу за руководство работой, помощь иподдержку на всех этапах выполнения данной работы.Выражаю благодарности Сергею Березневу сотруднику кафедры физка ихимия отделения материаловедения Таллиннского технического университета иОлегу Владиславовичу Левину (институт химии СПбГУ) за техническую помощьи консультации при создании композитных пленок и определении ихвольтамперных характеристик.Значительная часть измерений, представленных в данной работе, выполненана базе ресурсных центров СПбГУ: «Междисциплинарный ресурсный центр понаправлению “Нанотехнологии” », «Оптические и лазерные методы исследованиявещества»,«Магнитно-резонансныеметодыисследования»,«Наноконструирование фотоактивных материалов», «Рентгенодифракционныеметодыисследования»,«Инновационныетехнологиикомпозитныхнаноматериалов», в связи с этим хочется выразить благодарность сотрудникамданных ресурсных центров.103Список сокращений и условных обозначенийМВмикроволновыйПЭГполиэтилен гликольPCBMметиловый эфир [6,6]-фенил С61 бутановой кислотыСФсолнечный фотоэлементВАХвольт-амперная характеристикаВЗМОверхняя занятая молекулярная орбитальНСМОнижняя свободная молекулярная орбитальITOтвердый раствор оксида индия (III) и оксида олова (IV)P3HTполи (3-гексилтоифен)TOPOтриоктилфосфин оксидDDTдодекантиолTOPтриоктилфосфин104Список литературы1.Sen Z.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
