Гибридные 2D-структуры графен квантовые точки с контролируемыми оптическими и фотоэлектрическими свойствами и их применение в фотовольтаике

Проект «Гибридные 2D-структуры « графен-квантовые точки»
с контролируемыми оптическими и фотоэлектрическими свойствами и их применение в фотовольтаике»,
выполняемый в рамках Соглашения с Минобрнауки России № 14.584.21.0032 от 22 ноября 2017 г.

В ходе выполнения проекта по Соглашению с Минобрнауки России о предоставлении субсидии от «22» ноября 2017 г. № 14.584.21.0032 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» на этапе №1 в период с 22.11.2017 г. по 11.12.2017 г. выполнялись следующие работы.

Результаты работ, выполненных за счет средств субсидии:

    • Проведен предварительный анализ исследуемой проблемы, включающий подготовку аналитического обзора научно-технической нормативной, методической литературы, затрагивающей проблему, исследуемую в рамках проекта.
    • Проведены сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований и обоснование оптимального варианта решения.
    • Выполнено теоретическое моделирование энергетического спектра электронной подсистемы «графен–квантовые точки (КТ)».
    • Моделирование, проведенное аналитическими и численными методами показало оптимальность выбора KP-теории возмущений (метод эффективной массы).
    • Проведены патентные исследования: выполняемые работы обладают уникальными особенностями, которые могут лечь в основу будущих патентных заявок.
    • Разработана методика синтеза КТ на основе халькогенидов свинца и халькогенидов меди-индия.
    • Синтезированные КТ проанализированы на фемтосекундном лазерном квадрупольном масс-спектрометре.

     

      Результаты работ, выполненных за счет внебюджетных средств:

      • Получены образцы мало- и многослойного графена: линейный размер малослойного графена достигал 20 мкм, многослойного – 2 мкм.
      • Структура образцов исследована методами сканирующей электронной и атомно- силовой микроскопии; проанализированы электрические свойства графена.

      Все работы Этапа 1 проекта выполнены в полном объеме.

      В ходе выполнения проекта по Соглашению с Минобрнауки России о предоставлении субсидии от «22» ноября 2017 г. № 14.584.21.0032 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» на этапе №2, в период с 01.01.2018 г. по 31.12.2018 г.,были выполнены следующие работы.

      Результаты работ, выполненных за счет средств субсидии:

      • Синтезированы образцы квантовых точек (КТ) на основе халькогена свинца (PbS, PbSe), инвертированных гетероструктур типа I PbS/PbSe и халькогенов меди-индия (CuInS2 и CuInSe2), обладающие интенсивным поглощением в области до 1700 нм.
      • Проведена характеризация оптических и электрофизических свойств, синтезированных КТ.
      • Сформированы плотноупакованныедвумерные (2D)-структуры из синтезированных КТ.
      • Исследовано влияние лигандов КТ на морфологические, оптические и электронные свойства 2D-структур из синтезированных КТ.
      • Проведено теоретическое моделирование безызлучательного переноса носителей от КТ в графен.
      • Изготовлены лабораторные образцы гибридных гетероструктур на основе графеновых листов с плотноупакованными 2D-структурами из синтезированных КТ на поверхности графена.
      • Предложена физическая модель оптической генерации носителей заряда в гибридной 2D-структуре «графен-КТ».
      • Предложена физическая модель влияния внешнего электрического поля на энергетический спектр, оптическую генерацию и процесс переноса носителей заряда в гибридной 2D-структуре «графен-КТ».
      • Исследованы оптические и электрические свойства созданных гибридных материалов.
      • Проведены дополнительные патентные исследования и подана заявка на патент по теме «Устройство для сбора солнечного излучения и генерации носителей заряда для прозрачных солнечных батарей».

      Результаты работ, выполненных за счет внебюджетных средств.

      • Исследовано влияние КТ на электронные свойства графена.
      • Исследовано влияние КТ на транспорт фотовозбужденных носителей.

       

      Все работы Этапа 2 проекта выполнены в полном объеме.

      В ходе выполнения проекта по Соглашению с Минобрнауки России о предоставлении субсидии от «22» ноября 2017 г. № 14.584.21.0032 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» на этапе № 3, в период с 01.01.2019 г. по 31.12.2019 г., были выполнены следующие работы.

      Результаты работ, выполненных за счет средств субсидии:

      • Изготовлены прототипы фотовольтаических устройств, состоящих из системы проводящих электродов, соединенных графеновыми листами с плотно упакованными 2D-структурами из синтезированных КТ на поверхности графена.
      • Проведена характеризация электрооптических свойств изготовленных прототипов фотовольтаических устройств на базе гибридного материала «графен-КТ» (проводимость, оптические характеристики).
      • Проведены исследования фотовольтаических характеристик изготовленных прототипов: вольт-амперных характеристик, эффективности конверсиисолнечной энергии.
      • Проведены дополнительные патентныеисследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
      • Изготовлены образцы оптимизированных материалов для создания фотовольтаических устройств на базе гибридного материала «графен-КТ».
      • Проведена характеризация морфологии и электрофизических свойств образцов оптимизированных гибридных структур графен-КТ, методами АСМ, ТСМ, СЭМ и РФС.
      • Изготовлены прототипы фотовольтаических устройств с оптимизированными параметрами.
      • Исследованы свойства изготовленных оптимизированных фотовольтаических устройств.
      • Проведена оценка эксплуатационных качеств разработанных прототипов.
      • Проведена оценка полноты решения задачи и выполнения поставленной цели проекта.
      • Разработано техническое задание на опытно-конструкторскую разработку по созданию экспериментального образца солнечной ячейки на основе гибридного материала «графен-КТ».

      Результаты работ, выполненных за счет внебюджетных средств:

      • Проведен поиск путей оптимизации прототипов.
      • Проведенена оптимизация архитектуры прототипов фотовольтаических систем на базе гибридного материала «графен-квантовые точки».

      Все работы Этапа 3 проекта выполнены в полном объеме. 

       

      77