Nowe Technologie

, wew.409
, wew. 409
, wew. 409

Od marca roku 2009 w Pracowni Nowych Technologii w IEl we Wrocławiu prowadzone są intensywne badania nad rozwojem fotowoltaiki organicznej w Polsce. Pracownia specjalizuje się w pracach nad ogniwami fotowoltaicznymi organicznymi warstwowymi jak i objętościowymi typu BHJ (z ang. bulk heterojunction). Prowadzone są również badania nad optymalizacją struktury stosowanych materiałów organicznych mało- i wielkocząsteczkowych w tym polimerów. Prace badawcze obejmują syntezę polimerów i oligomerów w tym także związków o właściwościach ciekłokrystalicznych o budowie liniowej oraz rozgałęzionej. Dodatkowo w pracowni prowadzone są badania nad optymalizacją otrzymywania proszków i warstw TiO2, SiO2 i hybrydowych materiałów TiO2-SiO2 poprzez wykorzystanie metody zol-żel. Pracownia specjalizuje się również w wytwarzaniu ogniw fotowoltaicznych polimerowych zawierających grafen lub nanorurki.
Najwyższą wartość sprawności fotowoltaicznej, jaką dotychczas otrzymano w IEL/OW, określono na poziomie 7% dla ogniwa polimerowego objętościowego wytworzonego w warunkach laboratoryjnych na podłożu szklanym.

W marcu 2013 roku w Pracowni Nowych Technologii w IEL/OW wytworzono pierwsze elastyczne ogniwo fotowoltaiczne polimerowe objętościowe.

W kwietniu 2013 roku w Pracowni Nowych Technologii w IEL/OW wytworzono pierwsze tandemowe ogniwo fotowoltaiczne polimerowe objętościowe.

W styczniu 2015 roku w Pracowni Nowych Technologii w IEL/OW wytworzono polimerowe ogniwa fotowoltaiczne z tlenkiem grafenu o sprawności 13% wyższej niż dla ogniwa referencyjnego.

W kwietniu 2015 roku w Pracowni Nowych Technologii w IEL/OW wytworzono polimerowe ogniwa fotowoltaiczne z nanocząsteczkami Ag o sprawności 11% wyższej niż dla ogniwa referencyjnego.

W lipcu 2015 roku w Pracowni Nowych Technologii w IEL/OW wraz z grupą prof. M. Lipińskiego z Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN z Krakowa wytworzono pierwsze polimerowe ogniwa fotowoltaiczne z perowskitami.

W październiku 2015 w Pracowni Nowych Technologii w IEL/OW wytworzono pierwsze polimerowe ogniwa fotowoltaiczne o powierzchni 16 cm2 i mocy 8,7 mW.

W styczniu 2016 roku w Pracowni Nowych Technologii w IEL/OW wytworzono elastyczne polimerowe ogniwo fotowoltaiczne o sprawności 4,2%.

Przykładowe charakterystyki J-U ogniwa słonecznego wykonywane w Pracowni Nowych Technologii bez i podczas naświetlania za pomocą lampy ksenonowej przedstawiono poniżej.

Prace Naukowo-Badawcze:

W zakresie ogniw fotowoltaicznych polimerowych:
  • badania nad nowymi polimerami o charakterze donorowym stosowanymi jako warstwa aktywna ogniw fotowoltaicznych polimerowych,
  • badania nad nowymi związkami organicznymi o charakterze akceptorowym stosowanymi jako domieszka w warstwie aktywnej ogniw fotowoltaicznych polimerowych,
  • badania nad modyfikacją warstwy transportującej dziury w polimerowych ogniwach fotowoltaicznych,
  • badania nad modyfikacją warstwy buforującej katodę w polimerowych ogniwach fotowoltaicznych,
  • badania nad wpływem rodzaju i ilości nanocząsteczek na parametry polimerowych ogniwach fotowoltaicznych,
  • opracowanie nowych konstrukcji ogniw fotowoltaicznych polimerowych objętościowych i warstwowych,
  • badania nad nowymi metodami enkapsulacji polimerowych ogniw fotowoltaicznych,
  • wykonanie badań fotowoltaicznych skonstruowanych ogniw fotowoltaicznych organicznych oraz wyznaczenie wartości sprawności (z ang. power conversion efficiency, η, PCE), współczynnika wypełnienia (z ang. fill factor, FF), napięcia rozwarcia (z ang. open circuit voltage, Voc) i prądu zwarcia ogniwa (z ang. short circuit current, Jsc) bez i podczas naświetlania za pomocą lampy ksenonowej. Charakterystyki i parametry badanych ogniw fotowoltaicznych polimerowych wyznaczane są przy użyciu zintegrowanego systemu pomiarowego odzwierciedlającego standardowe warunki STC (z ang. Standard Test Condition, t.j. warunki oświetlenia AM 1,5G przy 1000 W/m2, temperatura ogniwa 25 oC),
  • badania czasowe w komorze klimatycznej i komorze z lampą ksenonową. Maksymalne wymiary panelu (ogniwa) do badań: 720 x 700 x 950 mm,
  • wykonywanie badań spektroskopii impedancyjnej skonstruowanych ogniw fotowoltaicznych organicznych.

Rysunek przedstawiony powyżej pochodzi z wyróżnionego plakatu pt. Polimerowe ogniwa fotowoltaiczne: konstrukcja i charakterystyka zaprezentowanego przez mgr inż. Bartosza Boharewicza współautorzy A. Iwan, A. Hreniak, I. Tazbir, K. Parafiniuk podczas XIII Krajowej Konferencji Elektroniki, 2014. Tematyka realizowana w ramach I konkursu NCBiR „Program Badań Stosowanych” (nr PBS1/A5/27/2012)



W zakresie syntezy i charakterystyki materiałów organicznych:
  • otrzymywanie poprzez optymalizację warunków prowadzenia reakcji nowych materiałów organicznych: polimerów i związków małocząsteczkowych o różnej budowie do zastosowań w ogniwach fotowoltaicznych i ogniwach paliwowych,
  • opracowanie nowych materiałów organicznych mało- i wielkocząsteczkowych o właściwościach ciekłokrystalicznych,
  • badania spektroskopii impedancyjnej w celu określenia wartości przewodnictwa polimerów,
  • wykonanie charakterystyk prądowo-napięciowych w ciemności i podczas naświetlania za pomocą lampy halogenowej,
  • badania chropowatości powierzchni polimerów,
  • badania stabilności termicznej polimerów metodą TGA,
  • badania absorpcji w zakresie UV-vis polimerów,
  • badania właściwości ciekłokrystalicznych polimerów i związków małocząsteczkowych (DSC),
  • określenie tekstury za pomocą polaryzacyjnego mikroskopu optycznego.
  • wykonywanie badań woltametrii cyklicznej w celu określenia poziomów HOMO-LUMO
  • badanie właściwości elektrochromowych,
  • wykonywanie wstępnych badań w celu określenia przydatności materiałów do zastosowań w OLED-ach.
W zakresie syntezy i charakterystyki SiO2, TiO2, SiO2-TiO2 i TiO2-Ag, MoOx, ZnO:
  • optymalizacja warunków syntezy zol-żel w celu otrzymania proszków i warstw TiO2.
  • optymalizacja warunków syntezy zol-żel w celu otrzymania proszków i warstw SiO2.
  • optymalizacja warunków syntezy zol-żel w celu otrzymania warstw SiO2-TiO2.
  • optymalizacja warunków syntezy zol-żel w celu otrzymania warstw MoOx i ZnO.
  • badania absorpcji w zakresie UV-vis,
  • badania strukturalne XRD i EDS,
  • badania porowatości.

Pracownia wykorzystuje między innymi następujące urządzenia pomiarowe:

  • system do pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych krzemowych i organicznych ogniw fotowoltaicznych wraz z symulatorem promieniowania słonecznego (widmo promieniowania odpowiadające klasie A, zgodnie z normami E927 i IEC60904-9, jednorodność promieniowania na całej oświetlanej powierzchni oraz czasowa stabilność promieniowania odpowiadające klasie A, zgodnie z normami E927 i IEC6094-9, natężenie promieniowania minimum 1000 W/m2) o następujących parametrach:
    • Precyzyjny pomiar w zakresie napięć, co najmniej od -20V do +20V;
    • Precyzyjny pomiar w zakresie prądów, co najmniej od 100 pA do 1A;
    • Stolik pomiarowy z regulowaną temperaturą z zakresie od 0 do 60 °C pozwalający na pomiary struktur do wielkości 100 mm x 100 mm wraz z systemem sterownia próżnią, wyposażony w pompę,
    • Sondy pomiarowe pozwalające na pomiar struktur o różnych wielkościach (minimalne wymiary mierzonych struktur: 10 x 10 mm),
    • Możliwość sterowania szybkości pomiaru oraz kierunku zmian polaryzacji napięciowej badanych struktur,
    • Możliwość kontroli temperatury oraz natężenia światła w trakcie wykonywania pomiarów jasnych oraz ciemnych,
    • Wykalibrowany czujnik natężenia promieniowania do pomiaru struktur cienkowarstwowych z filtrem w zakresie 0,3 – 0,9 µm w obudowie mechanicznej.
  •  
  • komora klimatyczna w zakresie od -70 do +90 st. C i wilgotności w zakresie 25%-95%
  • do badania odporności na nasłonecznienie :komora z lampą ksenonową o mocy 6500W o całkowitej powierzchni naświetlania próbek 7200cm2
  • do pomiaru absorpcji w zakresie UV-vis zarówno roztworów jak i warstw na podłożu (spektrofotometr dwuwiązkowy UV-Vis firmy JASCO V-670),
  • do pomiaru spektroskopii impedancyjnej
  • do określania poziomów HOMO-LUMO i właściwości elektrochromowych materiałów
  • do naparowywania warstw metalicznych
  • do nanoszenia warstw (spin-coating, doctor blade)
  • do prowadzenia syntez organicznych i nieorganicznych
  • komora rękawicowa
  • mikroskop optyczny POM i AFM
  • termograwimetria i różnicowa kalorymetria skaningowa (TGA/DSC1)
  • dyfraktometr XRD z przystawką temperaturową
  • piece do wygrzewania w 1100 °C
  • do badania porowatości i powierzchni właściwej (ASAP)
  • drukarka 3D

Projekty, w których uczestniczy Pracownia:

  • Projekt realizowany z funduszy strukturalnych EITplus pt. ”Nanomateriały wytwarzane technologią zol-żel przeznaczone do zastosowań medycznych i czujnikowych” (2010-2014).
  • Projekt POLONIUM pt. "n-type Photoconductive sanidic and polycatenar liquid crystalline organic semiconductors: Towards efficient self-organized donnor-acceptor bulk-heterojunction Organic Solar cells ", (2010-2011).
  • Grant międzynarodowy niewspółfinansowany pt. "Fotoprzewodzące smektyki typu n i dyskowe, ciekłokrystaliczne półprzewodniki organiczne dla samoorganizujących, donoro-akceptorowych organicznych ogniw słonecznych" na projekt POLONIUM (2010-2012).
  • Grant promotorski pt. „Organiczne materiały do wytwarzania ogniw fotowoltaicznych” (2010-2011).
  • Projekt pt. „Nowe polimerowe ogniwa fotowoltaiczne: Badanie wpływu budowy polimeru, architektury ogniwa oraz rodzaju domieszki na sprawność polimerowych ogniw słonecznych opartych na poliazometinach i politiofenach” w ramach I konkursu NCBiR „Program Badań Stosowanych” (2012-2015)
  • Projekt Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego na międzynarodową współpracę między Polską a Czechami pt.: „Investigation of electrical and optical properties of liquid crystalline compounds with azo bonds towards application in bulk heterojunction organic solar cells based on P3HT and PCBM” (2013-2014)
  • Statut na rok 2010: „Opracowanie sposobu wytwarzania warstw aktywnych ogniw fotowoltaicznych na bazie nowych materiałów polimerowych i ciekłokrystalicznych”.
  • Statut na rok 2011: „Opracowanie sposobu syntezy i wytwarzania organicznych warstw aktywnych ogniw fotowoltaicznych na bazie polimerów ciekłokrystalicznych domieszkowanych nanokompozytami”
  • Statut na rok 2012: „Opracowanie sposobu syntezy polimerów aromatycznych oraz sposobu wytwarzania organicznych ogniw fotowoltaicznych na bazie polimerów domieszkowanych fluorenami i grafenem”
  • Statut na rok 2016: „Opracowanie mikro-panelu polimerowego ogniwa fotowoltaicznego o wymiarze 10x10 cm

Współpraca:

  • Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych, PAN, Wrocław (prof. W. Stręk, dr hab. D. Hreniak)
  • Uniwersytet Warszawski (prof. M. Kamińska, prof. T. Szoplik, dr hab. D. Pociecha)
  • Uniwersytet Jagielloński, Kraków (dr hab. M. Marzec)
  • Instytut Fizyki Jądrowej, PAN, Kraków (dr hab. P. Bilski)
  • Politechnika Łódzka (dr. inż. I. Głowacki, dr hab. inż. M. Sibiński)
  • Uniwersytet Śląski, Katowice (dr hab. E. Schab-Balcerzak, prof. UŚ, dr M. Filapek)
  • Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, PAN, Zabrze (prof. D. Sęk)
  • Politechnika Warszawska (prof. M.Lewandowska)
  • Instytut Fizyki PAN, Warszawa (prof. M. Godlewski, mgr R. Pietruszka)
  • Instytut Chemii Fizycznej PAN, Warszawa (dr Leszek Stobiński)
  • Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa (dr W. Strupiński, dr. L. Lipińska)
  • Politechnika Koszalińska (prof. M. Maliński)
  • Akademia Morska w Gdyni (dr hab. inż. K. Górecki, prof. AMG)
  • Instituto de Física, Universidade de São Paulo, Brazylia (prof. M.C. dos Santos)
  • Queen's University, Ontario, Canada (prof. Jean Michel Nunzi)
  • Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague (dr V. Hamplová, dr A. Bubnov)
  • Instituto Politécnico Nacional, Laboratorio de Materiales Fotovoltaicos, México (dr F. Caballero-Briones)
  • Polskie Systemy Holograficzne (mgr inż. P. Stępień)
  • Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków (prof. P. Zięba, dr hab. M. Lipiński, prof. PAN, dr K. Drabczyk


IEL we Wrocławiu jest współzałożycielem Stowarzyszenia Instytut Energii Słonecznej (http://www.ies.edu.pl/).


Twórcy strony Pracowni Nowych Technologii nie wyrażają zgody na kopiowanie informacji i zdjęć zawartych na stronie.

Publikacje

Ten serwis używa Cookies i podobnych technologii.
Brak zmiany ustawień przeglądarki oznacza zgodę na zapisywanie tych plików w pamięci urządzenia.
© Copyright 2006 IEL/OW
Produkcja (2006) Impact Media.