Диссертация (1150342), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Технологически простымметодом для получения халькопиритов, позволяющим значительно ускоритьвремя синтеза является полиольный микроволновый (МВ) метод. В данномметоде используются полиспирты для получения растворов солей металлов, приэтом нагрев осуществляется микроволновым полем.Цель и задачи работыЦель диссертационной работы заключалась в разработке методики синтезаполупроводниковых наночастиц составов CuInxGa1-xSe2 на основе полиольногомикроволнового (МВ) метода, изучении химических процессов протекающих присинтезе и исследовании свойств получаемых наночастиц в качестве материалафотопоглощающего слоя в солнечных элементах.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1. Экспериментальноемоделированиеиисследованиепроцессовпротекающих при взаимодействии исходных реагентов и промежуточныхпродуктов в МВ поле.2. Исследование механизма реакции образования наночастиц CuInxGa1-xSe2при МВ синтезе.
Выявление промежуточных продуктов и основных факторов,влияющих на процесс синтеза наночастиц и свойства получаемых материалов.3. Получение тонких слоев (пленок) из синтезированных наночастицселеноиндатов-галлатов меди и исследование их морфологии, оптических ифотоэлектрических свойств.Научная новизнаИсследован механизм формирования наночастиц тройных соединений7CuInSe2 при микроволновом и термическом нагреве в полиэтиленгликолях (ПЭГ)из солей металлов и элементарного селена, при этом отмечены значительныеотличия от синтеза бинарных и тройных селенидов из селен-содержащихрастворов.Установлена зависимость морфологии промежуточного продукта синтеза,коллоидной меди, от молекулярной массы полиэтиленгликоля, применяемого впроцессе синтеза. Продемонстрировано получение частиц коллоидной медикубической формы и в виде наностержней в полиэтиленгликолях.Предложена модель структуры комплекса меди с полиэтиленгликолем, приэтом экспериментально обосновано участие кислорода концевых гидроксильныхгрупп полиэтиленгликоля.Предложенапромежуточнымимодельвзаимодействияпродуктамиселенидовполиольногомеди,являющихсямикроволновогосинтезаселеноиндатов-галлатов меди, с растворами солей индия и галлия в ПЭГ присинтезе в МВ поле.Практическая значимость работыРазработаны условия синтеза наночастиц, позволяющие получить частицысо средними размерами 70 – 110 нм заданных составов CuInxGa1-xSe2 изэлементарного селена и раствора солей индия и галлия в полиэтиленгликоле, приэтом структура данных частиц и оптические свойства соответствуют свойствамобъемных материалов и пленок, наносимых вакуумными методами.
Полученные входе работы композитные пленки из синтезированных наночастиц CuInxGa1xSe2/PCBM(PCBM – метиловый эфир [6,6]-фенил С61 бутановой кислоты)обладают воспроизводимой фоточувствительностью и могут быть использованы вкачестве фотопоглащающего слоя солнечных батарей.Положения, выносимые на защиту1. Процесс растворения хлорида меди в ПЭГ протекает с образованиемоктаэдрического комплекса с ромбическим искажением, при этом в образованиикомплекса в первую очередь участвуют концевые гидроксильные группы ПЭГ.82. ПримикроволновомоблученииПЭГнаблюдаетсяпроцессвнутримолекулярного отщепления воды с образованием концевых двойныхсвязей, однако, в присутствии солей меди (II), происходит поэтапноевосстановление Cu2+ до Cu+ и затем до Cu0 с участием концевых гидроксильныхгрупп с образованием карбонильных групп, что приводит к подавлениювнутримолекулярной дегидратации.3.
Синтез селеноиндатов-галлатов меди протекает через стадию образованияселенидов меди, при этом катионы индия и галлия реагируют с образовавшимисячастицами селенидов меди без промежуточной стадии образования селенидовиндия и галлия в виде отдельной кристаллической или аморфной фазы.4. Наночастицы CuInxGa1-xSe2 со структурой халькопирита могут бытьсинтезированы полиольным микроволновым методом из элементарного селена ираствора солей соответствующих металлов в ПЭГ, при этом их свойствасоответствуют объемному материалу.5. Сформированные на основе синтезированных частиц композитныепленки CuInxGa1-xSe2/PCBM (PCBM – метиловый эфир [6,6]-фенил С61 бутановойкислоты) могут использоваться в качестве фотопоглощающего слоя солнечныхбатарей.Апробация работыРезультаты работы опубликованы в четырех статьях международных иотечественных журналов, реферируемых в базах данных РИНЦ, Web of Science иScopus:1.Grevtsev, A.S., Goncharenko I.Yu., Muradova G.M., Bereznev S., Tver’yanovichA.S.
Mechanism of a Microwave-Assisted Polyol Synthesis of Nanosize CuInSe2Particles and Their Optical and Photoelectric Properties // Russian Journal of AppliedChemistry. 2014. Vol. 87. P. 671–675.2.Tverjanovich, A.S., Grevtsev A.S., Bereznev S. Interaction of CuCl2 withpoly(ethylene glycol) under microwave radiation // Materials Research Express. 2017.Vol. 4. P. 015006.93.Tomaev, V.V., Mazur A.S., Grevtsev A.S. A study of the process of thermaloxidation of lead selenide by the NMR and XRD methods // Glass Physics andChemistry.
2017. Vol. 43. P. 70–74.4.Grevtsev A.S., Levin O.V., Tverjanovich A.S. Microwave assisted polyolsynthesis of CuGaSe2 nanoparticles for solar cell application // Funct. Mater. Lett. 2017.Vol. 10. P. 1750050.Материалы работы представлены на международных конференциях:1.Гревцев А.С., Мурадова Г.М., Гончаренко И.Ю., Тверьянович А.С.Полиольный микроволновый синтез наночастиц CuInSe2 для солнечныхэлементов // Тез.
докл. VIII Всерос. конф. молодых учёных, аспирантов истудентов с междунар. участием по химии и наноматериалам «Менделеев-2014»Санкт-Петербург, 1–4 апреля 2014. С. 55.2.Grevtsev A.S., Muradova G.M., Tver'yanovich A.S. Synthesis of CISeNanoparticles/PCBM thin films for solar cells application // Book of abstracts IXInternational conference of young scientists on chemistry «Mendeleev-2015» 7-10 ofApril 2015 Saint Petersburg, P.48.3.Grevtsev A.S., Mazur A.S. Microwave assisted synthesis of copper indiumgallium diselenide nanoparticles // Book of abstracts IX International conference ofyoung scientists on chemistry «Mendeleev-2017» 4-7 of April 2017 Saint Petersburg,P.120.10Глава 1. Обзор литературы1.1. Солнечная энергетика и солнечные фотопреобразователиВсвязисосложнымэкологическимположением,связаннымсиспользованием топливных энергоресурсов, а также с ограниченностью данногоресурса актуальной проблемой является разработка и внедрение экологическичистыхивозобновляемыхнаправлениямиисточниковальтернативнойэлектроэнергииэнергетикиявляются[1].Основнымигидроэнергетика,ветроэнергетика, биотопливо, геотермальная энергетика и солнечная энергетика.Общая динамика интенсивного развития производства электроэнергии в отраслисолнечной энергетики способствовала значительно возросшему интересу ктехнологическим и фундаментальным исследованиям солнечных фотоэлементов(СФ).
В настоящее время солнечная энергия используется как в условияхоткрытого космоса, так и в земных условиях. Интерес к солнечной энергетикеобусловлензначительнымипотенциальнымимощностями,посколькуинтегральная мощность солнечного излучения, входящего в атмосферу землиприближенно составляет 2·108 ГВт [2]. Основными критериями для внедрениясолнечной энергетики являются: подходящие климатические условия региона исредняя продолжительность светового дня.
Среди технологических факторовследует отметить значительную стоимость высокоэффективных СФ, в связи сэтимвозникаетнеобходимостьиспользованиясистемконцентрированиясветового потока – параболические зеркала или системы линз. Для широкоговнедрения солнечной энергетики необходимо существенное снижение стоимостиэлектроэнергии производимой модулями СФ, в связи с этим актуальныминаправлениями развития являются повышение эффективности преобразованиясолнечной энергии в электрическую (КПД) СФ и уменьшение стоимостивысокоэффективных СФ, разработка новых технологически простых методовформирования СФ.В основе прямого преобразования солнечной энергии в электрическую11лежитфотовольтаическийэффект,открытыйв1863гБеккерелем.Фотовольтаический эффект заключается в возникновении электрического токаили напряжения в веществе в результате воздействия света.Основным критерием, позволяющим сравнивать различные СФ, являетсяэффективность преобразования мощности СФ (КПД) – отношения максимальнойвыходной мощности Pм к мощности падающего света P0.Удельная мощность падающего света P0 для заданного светового потокаΦ0(λ) (количество фотонов попадающих на поверхность площадью 1 м2 засекунду для диапазона длин волн ∆λ) определяется выражением:P0 = ∫λhcФ 0 (λ)dλ ,λ(1.1)где h – постоянная Планка, с – скорость света, λ – длина волны.Значение КПД зависит от мощности и спектрального состава падающегосветового потока, поэтому измерения проводят при стандартизированныхусловиях – P0 составляет 1000 Вт/м2 при спектральном составе AM 1.5 G(соответствует спектру солнечного света, прошедшего через полторы атмосферы,с учетом добавки светового потока попадающего на СФ в результате рассеяния ватмосфере) [3].Максимальную выходную мощность СФ определяют из вольтамперныххарактеристик, получаемых для не освещенного и освещенного СФ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
