Лаборатория фотоники и электроники полимерных наноматериалов
Краткое описание деятельности
Лаборатория выполняет исследования электронных и фотоэлектрических свойств полимерных материалов и их нанокомпозиций. Результаты исследований используются для разработки фотопреобразователя солнечного энергии на гибкой основе.
Развернутое описание деятельности
Лаборатория была организована в октябре 2009 г. Основанием для организации лаборатории послужила актуальность проблем, связанных с разработкой фотоэлектрических устройств с применением полимерных нанокомпозиций. В настоящее время коллектив лаборатории небольшой, в ее состав входят проф.д.х.н. А.В. Ванников (руководитель), в.н.с., к.х.н. А.Р. Тамеев, с.н.с., к.х.н. М.Г. Тедорадзе и технический сотрудник В.В. Середников. В работе лаборатории участвуют студенты МИТХТ.
В лаборатории разрабатываются полимерные солнечные фотопреобразователи с учетом изученных принципов функционирования подобных устройств. Для однослойных фотопреобразователей будут разработаны новые фоточувстивтельные полимерные композиции, представляющие собой донорно-акцепторную систему, в которой в качестве электрон-донорного соединения выступает полимер, а электрон-акцепторным соединением служат органические нанокристаллы и агрегаты. Двухслойные устройства будут состоять из органических материалов, у которых энергетические уровни молекул предполагают эффективный фотоперенос электронов (дырок) при фотовозбуждении.
Перспективным является использование в фотовольтаических преобразователях краунзамещенных фталоцианинов и порфиринов переходных металлов. Это обусловлено тем, что они имеют тенденцию к образованию упорядоченных структур нанометровых размеров, обладающих электронной и ионной проводимостью.
Для увеличения квантовой эффективности фотогенерации носителей заряда в активные слои планируется вводить наночастицы благородных металлов. Известно, что вблизи искривленной поверхности металла (с радиусом кривизны несколько нанометров) могут возникать поверхностные плазмон-поляритоны, имеющие поглощение в видимой области спектра. Известно также, что плазмон-поляритоны обмениваются энергией с органическими молекулами, находящимися в непосредственной близости от поверхности металла – до третьего молекулярного слоя.
Из разработанных однослойных и двухслойных образцов планируется разработка тандемной структуры фотопреобразователя, что позволит превысить 5% кпд устройства.
Направления деятельности
- Исследование электронных и фотонных процессов в пленках полимеров и их нанокомпозиций.
- Разработка электронных и фотоэлектрических устройств на основе полимерных материалов и нанокомпозиций.
- Разработка гибких фотопреобразователей солнечной энергии.
Другие лаборатории и учреждения, задействованные в проекте
- Лаборатория физикохимии наноструктур НЭТ, рук. В.М. Рудой,
приготовление наночастиц металлов и их характеризация. - Лаборатория теоретической физики и квантовой электроники НЭТ, рук. И.Е. Проценко,
теоретический анализ экспериментальных данных. - Кафедра физики МИФИ, проф. В.Р. Никитенко,
теоретическое моделирование процессов переноса и рекомбинации носителей заряда в полимерных слоях.
Краткие сведения о проектах
С октября 2009 г. лаборатория выполняет проект «Разработка фотопреобразователей солнечной энергии на основе наноразмерных органических полимерных полупроводниковых материалов». Проект находится в стадии решения задачи по оптимизации состава полимерной нанокомпозиции.
Фотоматериал
Герметичный бокс (MBraun) с инертной Ar атмосферой, сопряженный с вакуумной камерой, для приготовления образцов полимерных нанокомпозиций и тестирования фотоэлектрических устройств
Лабораторная установка для измерений подвижности носителей заряда и фотопроводимости в пленочных образцах
Образцы диодной структуры
Лабораторная установка для измерений оптических и фотоэлектрических параметров образцов полимерных нанокомпозиций
Технологические приспособления в вакуумной камере бокса для нанесения слоев методом термодиффузии
Измерительная герметизируемая камера для тестирования образцов диодной структуры