Spektroskopowe i termodynamiczne badania chromoforów
Transkrypt
Spektroskopowe i termodynamiczne badania chromoforów
Bartosz Bursa Politechnika Poznańska Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki Spektroskopowe i termodynamiczne badania chromoforów porfirynopodobnych z kropkami kwantowymi oraz fulerenami dla potencjalnych zastosowań w fotowoltaice Kiedy giganci przemysłu tacy jak General Electric, DuPont, Sharp oraz firmy inwestycyjne takie Goldman Sash dokonują multi-miliardowych inwestycji w czystą technologię (ang. clean tech), przesłanie jest jasne: „Po rewolucji informatycznej i hossie internetowej, nadchodzi następna rewolucja w przemyśle i inwestycjach – rozwój czystych technologii” Energia słoneczna to prawdopodobnie najlepsza wśród czystych technologii. Według danych wartość światowego rynku energii słonecznej rośnie około 30-50% rocznie. W roku 2050-tym około 30 % produkowanej energii ma pochodzić z konwersji fotowoltaicznej. Wykonywana przeze mnie praca doktorska dotyczy badań nad zastosowaniem chromoforów porfirynopodobnych z nanostrukturami półprzewodnikowymi oraz fulerenami jako wysoce wydajnych układów donorowo-akceptorowych w odnawialnych źródłach energii typu DSSC (z ang. Dey Sentized Sollar Cell). Ogniwa DSSC należą do grupy cienkowarstwowych ogniw słonecznych stanowiących odpowiednik naturalnych systemów fotosyntetycznych. Różnica polega na tym, że stosowane w nich układy donorowo-akceptorowe, energię światła przekształcają w prąd elektryczny a nie w energię chemiczną jak ma to miejsce w procesie fotosyntezy. Z punktu widzenia aplikacyjnego mają szereg atrakcyjnych właściwości: - są elastyczne i półprzezroczyste; - często oparte są na tanich materiałach; -ich stosunkowo prosta budowa umożliwia wykorzystanie w procesie masowej produkcji powszechnie stosowanej chociażby w poligrafii techniki roll and roll. Jednym z głównych mankamentów tego typu ogniw jest jednak ich stosunkowa niska efektywność około 25 % w stosunku do ogniw opartych na krzemie oraz fotodegradalność stosowanych w nich chromoforów. Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Produkcja nowoczesnych materiałów dla elektroniki molekularnej, w szczególności dla organicznych komórek fotowoltaicznych wymaga poszukiwania układów molekularnych spełniających pewne wymagania. Pośród nich można wymienić chociażby silną absorpcję światła i odpowiednie czasy życia stanów wzbudzonych. Informacje te można uzyskać przy pomocy zaawansowanych metod spektroskopowych wpieranych dodatkowymi badaniami. W realizowanej w Zakładzie Fizyki Molekularnej Politechniki Poznańskiej pracy doktorskiej pt. Spektroskopowe i termodynamiczne badania chromoforów porfirynopodobnych z kropkami kwantowymi oraz fulerenami dla potencjalnych zastosowań w fotowoltaice ujęte zostaną wyniki dotyczące procesów zachodzących w wybranych organiczno-półprzewodnikowych układach donorowo-akceptorowych na poziomie molekularnym z wykorzystaniem technik spektroskopowych w zakresie UV-Vis-NIR. Określone w pracy parametry fizyczne i materiałowe (np. właściwości elektronowe i oscylacyjne, współczynnik absorpcji, zdolność materiału do szybkiej separacji ładunku i jego powolnej rekombinacji oraz transferu elektronu w szerokim zakresie spektralnym i temperaturowym) przyczynią się do pełniejszego zrozumienia zjawisk zachodzących w projektowanych ogniwach fotowoltaicznych ważnych dla procesów jak i mechanizmów odpowiedzialnych za konwersję energii świetlnej na inne formy energii. Co w przyszłości pozwoli na projektowanie wysoce wydajnych organicznych układów fotowoltaicznych i dostarczy podstawowych informacji które być może pomogą w znalezieniu rozwiązań kwestii o fundamentalnym znaczeniu dla organicznej fotowoltaiki jak chociażby: - ograniczenie rekombinacji elektronów i dziur; - efektywności transportu ładunku w fotoaktywnych heterozłączach; - rola oddziaływania elektron – fonon w tworzeniu stanów wzbudzonych; - i wiele innych. Korzyści z nowej generacji komórek fotowoltaicznych są niezaprzeczalne – mogłyby one być produkowane niskim kosztem, ponadto materiały organiczne są łatwo dostępne i stosunkowo prosto można je modyfikować wpływając na ich właściwości. Pomijając potencjalne praktyczne zastosowanie uzyskanych wyników, sam cel poznawczy nie może być zaniedbywalny, ponieważ pomimo postępującej komercjalizacji większości dziedzin nauki, badania podstawowe pozostają niezwykle ważną jej częścią, gdyż to właśnie w dziedzinie badań podstawowych możliwe jest zaobserwowanie nowych zjawisk i efektów, które będzie można wykorzystać w sposób dotąd nieznany. Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego