Sylabus - Wydział Fizyki

Sylabus
WYDZIAŁ FIZYKI
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Instytut/Zakład
Zakład Elektroniki Kwantowej
Stopień/tytuł naukowy
Imię
Nazwisko
dr
Marcin
Ziółek
Kierunek studiów
Specjalność
Fizyka, Biofizyka
Biofizyka nano-bio-medyczna,
Nanotechnologia, Fizyka,
Biofizyka molekularna,
Nazwa przedmiotu
Rodzaj zajęć
Nanomateriały w ogniwach słonecznych
Wykład monograficzny
Liczba godzin:
Rok studiów/tryb
30 (wykład) + 15 (seminarium)
IV-V, dzienny
Rok akademicki/Semestr 2011/2012, s. letni
Punkty ECTS
Zwięzły opis treści przedmiotu
W ramach wykładu zaprezentowany zostanie aktualny stan wiedzy i osiągnięcia w dziedzinie
badań nad bateriami słonecznymi nowej generacji (polimerowe, barwnikowe i
nanokrystaliczne), które powinny stać się w ciągu najbliższych lat komercyjną alternatywą
dla dotychczasowych, relatywnie drogich ogniw krzemowych. Omówione zostaną
najważniejsze procesy będące podstawą działania takich baterii, należące do pogranicza
dziedzin fizyki (termodynamika, fizyka półprzewodników, transport ładunku) i chemii
(fotochemia, elektrochemia, synteza chemiczna). Szczególny akcent zostanie postawiony na
wykorzystanie w nowych fotoogniwach nanostruktur, takich jak nanocząstki, nanorurki, sita
molekularne i kropki kwantowe. Część wykładu zostanie poświęcona użyciu nowoczesnych
technik pomiarowych (zwłaszcza spektroskopii impedancyjna i spektroskopii laserowej) do
badań przenoszenia i transportu ładunku w nanomateriałowych bateriach słonecznych.
Szczegółowa tematyka zajęć
1. Wprowadzenie, energetyczne zapotrzebowanie na energię słoneczną, widmo światła
słonecznego na Ziemi, obecne technologie i koszty, prognostyki rozwoju i trendy
badawcze, baterie słoneczne I, II i III generacji (2/30).
2. Podstawowe parametry ogniw fotowoltaicznych (krzywe napięciowo-prądowe,
współczynnik wypełnienia, wydajność). Termodynamiczne limity maksymalnych
wydajności baterii słonecznych (2/30).
3. Baterie krzemowy I generacji – podstawy działania (2/30).
4. Nowe technologie w bateriach II i III generacji, konstrukcje i podstawy działania
ogniw polimerowych (baterie organiczne), barwnikowych (ogniwa Grätzela lub DSSC)
i nanokrystalicznych (2/30).
5. Transport elektronów w półprzewodnikach, efekt defektów i pułapek elektronowych
(1/30).
6. Nanocząstki tlenku tytanu jako nowy materiał zbierający ładunek i radykalne
usprawnienie ogniw typu DSSC (1/30).
7. Fotochemia barwników, kompleksy rutenu i barwniki organiczne jako elementy ogniw
typu DSSC (2/30).
8. Transfer elektronu pomiędzy barwnikiem a nanocząstkami półprzewodnika, normalny i
odwrotny region Marcusa (1/30).
9. Rola i typy elektrolitu: płynny, żelowy, polimerowy, ciecze jonowe (1/30).
10. Rekombinacja i powrotne przeniesienie elektronu w bateriach typu DSSC (2/30).
11. Alternatywne nanomateriały półprzewodnikowe zbierające ładunek: nanorurki,
nanopręty, domieszkowane krzemianowe sita molekularne (2/30).
12. Zastosowanie nanokryształów (kropek kwantowych) w fotoogniwach (2/30).
13. Ogniwa polimerowe (2/30).
14. Elektrochemiczne metody pomiaru baterii słonecznych: woltametria cykliczna i
spektroskopia impedancyjna (4/30).
15. Fotochemiczne metody pomiary baterii słonecznych: fotoprądowa spektroskopia
modulacyjna, optyczna czasowo rozdzielcza spektroskopia laserowa (4/30).
Sposób oceniania (wymagania)
Udział w ocenie
końcowej
ocena ciągła (bieżące przygotowanie do zajęć i aktywność)
śródsemestralne kolokwia pisemne/ustne
końcowe zaliczenie pisemne/ustne
egzamin pisemny
egzamin ustny
70%
kontrola obecności
30%
praca końcowa semestralna/roczna
inne:
Literatura podstawowa
1. Maria Wacławek, Tadeusz Rodziewicz „Ogniwa słoneczne. Wpływ środowiska naturalnego
na ich pracę”, Wydawnictwo WNT, 2011.
2. Ewa Klugmann-Radziemska „Fotowoltaika w teorii i praktyce”, Wydawnictwo BTC, 2010.
3. C. Kittel, „Wstęp do fizyki ciała stałego”, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2011.
Literatura rozszerzona
1. A. Hagfeldt, G. Boschloo, L. Sun, L. Kloo, H. Pettersson, “Dye-Sensitized Solar Cells”,
Chem. Rev., 110 (2010) 6595–6663.
2. M. Gratzel, “Photoelectrochemical cells”, Nature, 414 (2001) 338-344.
3. T. M. Clarke, J. R. Durrant, “Charge Photogeneration in Organic Solar Cells”, Chem. Rev.
110 (2010) 6736–6767.
4. S. Rühle, M. Shalom, A. Zaban, “Quantum-Dot-Sensitized Solar Cells”, ChemPhysChem
11 (2010) 2290 – 2304.