SZINDLER Magdalena - SWIFT (Stypendia Wspomagające

Projekt stypendialny
SWIFT
(Stypendia Wspomagające Innowacyjne Forum Technologii)
POKL.08.02.01-24-005/10
Temat:
Struktura i własności cienkich warstw polimerowych nanoszonych metodą zol-żel
i stosowanych w barwnikowych ogniwach fotowoltaicznych
Obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
Imię, nazwisko:
MAGDALENA SZINDLER
Instytucja, Wydział, Instytut/Katedra:
Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Instytut Materiałów Inżynierskich i
Biomedycznych
Krótka charakterystyka badań
Zasadniczym celem podejmowanej przez Doktorantkę pracy doktorskiej są badania nad cienkimi
warstwami polimerowymi przewodzącymi prąd elektryczny, które mogą zastąpić ciekły elektrolit
w strukturze barwnikowych ogniw fotowoltaicznych.
Barwnikowe ogniwa fotowoltaiczne należące do ogniw III generacji wzbudzają duże zainteresowanie
naukowców na całym świecie. Własności fizyczne, takie jak częściowa przeźroczystość i zabarwienie,
które można dostosować do wymagań określonych produktów, otwierają nowe obszary zastosowań
dla fotowoltaiki. Każde barwnikowe ogniwo to fotoelektrochemiczne urządzenie działające
na półprzewodniku uczulonym barwnikiem organicznym, który efektywnie absorbuje światło
widzialne. Ważnym elementem budowy ogniwa Gratzela jest cienka warstwa tlenku tytanu
o budowie nanokrystalicznej. Barwne ogniwo składa się z dwóch płytek szklanych, pokrytych
jednostronnie transparentną warstwą przewodzącą prąd elektryczny, która zapewnia przewodzenie,
jednocześnie zachowując przepuszczalność światła widzialnego. Na powierzchni elektrody znajduje
się warstwa tlenku tytanu uczulonego barwnikiem, którym najczęściej jest kompleks rutenium.
Warstwa TiO2 nasycona jest elektrolitem, który zawiera co najmniej jedną aktywną parę jonów
zapewniając przebieg reakcji redox. Na przeciwelektrodzie znajduje się cienka warstwa katalityczna,
warstwa platynowa, a wymianę między elektrodami zapewniają srebrne kontakty. W strukturze
barwnikowego ogniwa fotowoltaicznego znajduje się ciekły elektrolit, którego obecność w postaci
roztworu uniemożliwia w pewnym zakresie stosowanie tych ogniw.
Badane polielektrolity, w tym PEDOT:PSS, mogą zastąpić tradycyjny ciekły elektrolit w strukturze
barwnikowego ogniwa fotowoltaicznego.
Do wytworzenia warstw polimerowych wybrano metodę rozwirowania należącą do grupy metod
zol-żelowych. Metoda zol-żel umożliwia otrzymywanie powłok z fazy ciekłej. W porównaniu do
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
technologii CVD, PVD technologia zol-żel wymaga znacznie mniej skomplikowanych urządzeń,
mniejszych nakładów finansowych, a nakładanie warstw nie wymaga wysokiej temperatury.
Przygotowane roztwory proponowanych materiałów osadzone metodą rozwirowania
(przy prędkościach 2000, 3000 oraz 4000 obr/min) oraz wygrzewane w odpowiedniej temperaturze
umożliwiły uzyskanie wysokiej jakości cienkich warstw polimerowych. Zrealizowano następujące
badania:
- struktury wytworzonych warstw z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej,
- morfologii powierzchni z wykorzystaniem mikroskopii konfokalnej oraz mikroskopii sił atomowych,
- określenie grubości warstw za pomocą elipsometru,
- określenie podstawowych własności optycznych za pomocą spektrofotometru UV/VIS,
- obserwację widm przy użyciu spektrometru ramanowskiego.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego