Wytworzenie luminoforów do poprawy wydajności

Wytworzenie luminoforów do
poprawy wydajności
energetycznej ogniw
słonecznych
Nowe wydajne luminofory do oświetleń i koncentratorów słonecznych
L
p.
Nazwa etapu /
nr kwartału 
1
2
1 rok
3
4
5
6
2 rok
7
8
9
3 rok
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
4 rok
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
1
Modelowanie luminoforów fluorkowych - Uniw. Gdańsk
2
Przygotowanie i synteza luminoforów fluorkowych– INTiBS PAN
3
Analiza strukturalna luminoforów fluorkowych – INTiBS PAN
4
Diagnostyka metodami spektroskopii wysokociśnieniowej luminoforów fluorkowych - Uniw. Gdańsk
5
Analiza właściwości emisyjnych i absorpcyjnych luminoforów fluorkowych - INTiBS
PAN
6.
Wyselekcjonowanie materiałów o parametrach spełniających podstawowe
wymagania luminoforów fluorkowych – Uniw. Gdańsk, INTiBS PAN, Uniw.
Wrocław
7.
Modelowanie luminoforów tlenkowych o szerokopasmowej emisji w zakresie widzialnym - Uniw. Gdańsk
8.
Przygotowanie i synteza luminoforów luminoforów tlenkowych o szerokopasmowej emisji w zakresie widzialnym - Uniw. Wroclaw
9.
Analiza strukturalna luminoforów tlenkowych o szerokopasmowej emisji w zakresie widzialnym INTiBS PAN
1
0.
Diagnostyka metodami spektroskopii wysokociśnieniowej luminoforów tlenkowych o szerokopasmowej emisji w zakresie widzialnym - Uniw. Gdańsk
1
1.
Analiza właściwości emisyjnych i absorpcyjnych luminoforów tlenkowych o szerokopasmowej emisji w zakresie widzialnym INTiBS PAN
1
2.
Wyselekcjonowanie najbardziej wydajnych luminoforów o szerokopasmowej
emisji w zakresie widzialnym - Uniw. Gdańsk, INTiBS PAN, Uniw. Wrocław
1
3.
Modelowanie luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami– Uniw. Gdańsk
1
4.
Przygotowanie i synteza materiałów luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami – Uniw. Wrocław
1
5.
Analiza strukturalna luminoforów luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami – INTiBS PAN,
1
6.
Analiza właściwości emisyjnych i absorpcyjnych luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami – INTiBS PAN,
1
7.
Wybór luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych
lantanowcami posiadających najlepsze właściwości emisyjne- Uniw. Gdańsk,
INTiBS PAN, Uniw. Wrocław
1
8.
Modelowanie luminoforów o wąskopasmowej emisji w zakresie 1.0 - 1.4 eV - Uniw.
Gdańsk
1
9.
Przygotowanie i synteza luminoforów o wąskopasmowej emisji w zakresie 1.0 - 1.4 eV - Uniw. Wrocław
5 rok
Trochę historii
• 1839 francuski naukowiec Alexandre-Edmont Becquerel obserwował go po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny • 1946 Russel Ohl opatentował „urządzenie czułe na światło” • 1954 inżynierowie Bell Laboratory przypadkowo odkrywają, że domieszkowany krzem staje się bardzo czuły na światło.
• Ziemia jest oświetlana rocznie przez 89 PW co stanowi 6000 razy więcej niż średnia konsumpcja populacji ludzkiej
- elektrownia słoneczna w Monte Alto w Hiszpanii moc szczytowa 9.55 MW - Pocking w Bawarii moc szczytowa elektrowni słonecznej osiąga 10 MW z 57912 modułów ogniw słonecznych, - Portugalia, 62 MW zajmując powierzchnię 112 ha.
Rys. 1 Średnie oświetlenie powierzchni Ziemi [W/m2], czarne
punkty oznaczają elektrownie słoneczne zdolne zaspokoić
ziemskie zapotrzebowanie [2]
Zalety ogniw słonecznych
•
•
•
•
•
nie powstają gazy cieplarniane nie ma odpadów radioaktywnych, czysta i z ludzkiej perspektywy niewyczerpalna emergia. bez linii przesyłowych. nie wymaga skomplikowanego dozoru i jest łatwa w utrzymaniu. • Krzem jest powszechnie dostępny, stanowi 25.7% masy całej kuli Ziemskiej i jest nietoksyczny. • ogniwa fotowoltaiczne na bazie polimerów organicznych, Tylko fragment widma słonecznego
zostanie zamieniony na energię
elektryczną.
Rys. 2 Widmo światła słonecznego na powierzchni Ziemi z
zaznaczonym obszarem czułości diody krzemowej. Dodatkow
zaznaczono obszaru które może być wukorzystane w luminoforah z
konwersją w dół (DC – down-conversion) i konwersją w górę (UC upconversion).[3]
Rys. 3 Przekrój ogniwa słonecznego z warstwami up-convertera
umieszczonego od dołu ogniwa aby wyłapywać
promieniowanie IR oraz down-convertera umieszczonego z
przodu ogniwa.
Przegląd różnych mechanizmów konwersji w górę (up-conversion) wg. Auzela [14
Oczekiwane właściwości luminoforów do konwersji w dół lub cięcia
kwantowego :
• Absorpcja pomiędzy 200 – 550 nm, gdyż 200 nm jest najkrótszą falą elektromagnetyczną jaka dociera na powierzchnię Ziemi z widma słonecznego a 550 nm odpowiada podwójnej energii przerwy energetycznej Si. Dla ogniw słonecznych używanych w kosmosie oczywiście 200 nm może być przesunięte dla krótszych długości fali.
• Emisja dopasowana do czułości ogniwa słonecznego.
• Niska gęstość mocy potrzebna do wywołania emisji (rzędu W/cm2)
• Wysoka wydajność kwantowa
• Dobra transmisja fal dłuższych aby oświetlić ogniwo słoneczne i warstwy UC.
Oczekiwane właściwości luminoforów do konwersji w górę
•Dobra absorpcja w przedziale 1 – 2 μm (dla dłuższych długości fali widmo słoneczne jest bardzo słabe),
•Emisja dopasowana do czułości ogniwa słonecznego.
•Niska gęstość mocy potrzebna do wywołania emisji (rzędu W/cm2)
•Wysoka wydajność kwantowa Literatura Wykaz literatury:
1.
2.
3.
4.
5.
U.S. Patent 2,402,662 , "Light sensitive device".
http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic B.S. Richards, Solar Energy Materials & Solar Cells 90 (2006) 2329
M.J. Keevers, M.A. Green, Sol Energy Mater. Sol. Cels 41-42 (1996) 195.
R. T. Wegh, H. Donker, and A. Meijerink, R. J. Lamminmaki and J. Holsa, Phys Rev. 56 (1997) 13 841.
6. Hsin-Yi Tzeng, Bing-Ming Cheng, Teng-Ming Chen, Journal of Luminescence 122–123 (2007) 917.
7. Oxide-based quantum cutter method and phosphor system US Patent Issued on December 30, 2003
8. K. D. Oskam, R. T. Wegh, H. Donker, E. V. D. van Loef and A. Meijerink, Journal of Alloys and Compounds, Volumes 300-301, 12 April 2000, 421.
9. S.P. Feofilov, Y. Zhou, J.Y. Jeong, D.A. Keszler and R.S. Meltzer, Journal of Luminescence, Volumes 119-120, July-October 2006, 264
10.Feibing Xiong, Yanfu Lin, Yujin Chen, Zundu Luo, En Ma and Yidong Huang, Chemical Physics Letters, Volume 429, Issues 4-6, 5 October 2006, 410.
11.T. Trupke, M. Green, P. Wurfel, J. Appl. Phys. 92 (3) (2002) 1668.
12.P.J. Dereń, R. Pązik, W. Stręk, Ph. Boutinaud and R. Mahiou, Journal of Alloys and Compounds, In Press, Corrected Proof, Available online 19 April 2007
1. M.F. Joubert, Optical Mat. 11 (1999) 181
2. F. Auzel, Chem. Rev. 104 (2004) 139.
3. S. Heer, K. Kompe, H. Gudel, M. Haase, Adv. Mater. 16 (23–24) (2004) 2102.
4. D. Gamelin, H. Gudel, Acc. Chem. Res. 33 (2000) 235. and also D. Gamelin, H. Gudel, J. Am. Chem. Soc. 120 (1998) 12143.
5. D. Gamelin, H. Gudel, Inorg. Chem. 38 (1999) 5154.
6. P. Deren, M. Joubert, J.-C. Krupa, R. Mahiou, M. Yin, J. Alloys. Compd. 341 (2002) 134.
7. T. Trupke, M. Green, P. Wurfel, J. Appl. Phys. 92 (7) (2002) 4117.
8. J.F. Suyver et al. / Optical Materials 27 (2005) 1111–1130
9. Deren PJ. Joubert M-F. Krupa J-C. Mahiou R. Yin M., „New paths of excitation of up-conversion emissions in LaCl3: U3+”, Journal of Alloys & Compounds, vol.341, 17 July 2002, pp.134-8.