Zinātniskās darbības atbalsta sistēma
Latviešu English

Publikācija: Inovatīvu organisko materiālu saules elementu fotoelektriskās īpašības

Publikācijas veids Promocijas darbs
Pamatdarbībai piesaistītais finansējums Nav zināms
Aizstāvēšana: 28.08.2015 14:00, Āzenes ielā 12/1, 115. auditorijā
Publikācijas valoda Latviešu (lv)
Nosaukums oriģinālvalodā Inovatīvu organisko materiālu saules elementu fotoelektriskās īpašības
Nosaukums angļu valodā Photoelectrical Properties of Innovative Organic Materials for Solar Cells
Pētniecības nozare 2. Inženierzinātnes un tehnoloģijas
Pētniecības apakšnozare 2.7. Vides inženierija un enerģētika
Autori Jānis Latvels
Atslēgas vārdi Organiskie saules elementi
Anotācija Atjaunojami un vidi saudzējoši enerģijas avoti ir pašreizējās sabiedrības izaicinājums. Ir nepieciešami jauni enerģijas avoti, kas piedāvā lētus un vienkāršus risinājumus. Saules enerģiju cilvēce ir lietojusi jau gadsimtiem ilgi, tomēr tikai pēdējais gadsimts ir devis iespēju šo enerģiju pārvērst elektriskajā enerģijā, izmantojot saules elementus. Pašreiz lielāko daļu saules elementu tirgus aizņem uz silīcija bāzes veidota tehnoloģija, tomēr šīs tehnoloģijas lielās ražošanas izmaksas ierobežo saules elementiem kļūt par ievērojamu enerģijas tirgus daļu. Viens no risinājumiem ir organiskie saules elementi. Tie piedāvā zemas ražošanas izmaksas, puscaurspīdīgu un lokanu elementu izveidi, kā arī ražošanas tehnoloģiju ar ievērojami mazāku ietekmi uz vidi, salīdzinot ar silīcija tehnoloģiju. Organiskos materiālus arvien vairāk pielieto dažādās elektronikas jomās un organisko saules elementu nozare ir viena no perspektīvākajām. Pēdējos gados organisko saules elementu attīstība ir bijusi strauja, tomēr daudz pētījumu vēl ir nepieciešams, lai uzlabotu to īpašības. Materiālu izvēle ir viena no iespējām uzlabot organiskos saules elementus, jo plašs klāsts organisko materiālu var tikt lietots, lai panāktu lielāku efektivitāti un dzīves laiku. Materiālu izvēles procesā īpaši nozīmīgas ir zināšanas par materiāla enerģētisko struktūru. Promocijas darba mērķis bija atrast un izpētīt inovatīvus materiālus ar iespējamu pielietojumu organiskiem saules elementiem elektroenerģijas ražošanai. Darba ietvaros tika izpētīti jauni sintezēti inovatīvi indandionu saturoši organiskie savienojumi. Tika noteiktas to fotoelektriskās īpašības, kā arī pierādīts to iespējamais pielietojums organisko saules elementu izveidē un noteikti atbilstošākie savienojumi dažādu struktūru saules elementiem: slāņaino, krāsvielu, kā arī tilpuma efekta saules elementiem, kas izgatavoti no šķīduma. Atšķirīgi sintezētie savienojumi absorbē gaismu pie dažādiem viļņa garumiem, kas ļauj tos kombinēt, tādējādi paplašinot saules elementa absorbcijas spektru. Pirmo reizi tika iegūti indandionu saturoši stiklveida struktūru veidojoši materiāli ar pievienotām telpiskām tri-fenil grupām, kas ļauj izgatavot organiskos saules elementus no šķīduma un veidot tos no mazmolekulārajiem savienojumiem, kā arī izvairīties no polimēra lietošanas organiskajos saules elementos, tādējādi ļaujot izmantot resursus taupošo izgatavošanas metodi no šķīduma. Pētītajiem savienojumiem tika noteiktas enerģētiskās vērtības, fotoelektriskās īpašības, kā arī izveidoti saules elementu prototipi. Darba ietvaros tika atklāts indandionu saturošs savienojums, kura pievienošana plaši lietotā organiskā saules elementa sistēmā P3HT:PCBM ļauj palielināt saules elementa efektivitāti.
Anotācija angļu valodā Renewable and non-polluting energy is one of the biggest challenges of modern society; hence the new energy sources which would provide simple and cost-effective solutions are necessary. Solar cells are an important alternative energy source, which takes an increasing role in the current distribution of energy production, and is a full-fledged replacement for fossil energy. Unlike other forms of energy, solar energy is a completely ecological energy source and it does not cause side effects. Furthermore, solar energy can be differentiated – it can be used both locally for a small device operation and broadly for residential house electricity and heat supply or significant size industrial solar plants with several megawatts of power. Organic thin films with semiconductor properties nowadays are widely studied as their use in organic electronics or photonics is very promising, including solar cell development. Organic materials have several significant advantages: dimensions of electronic components can be very small, as one molecule acts as an electronic element; manufacturing process has significantly less impact on the environment because the required temperature to create organic solar cells can be several times reduced compared to silicon based solar cells; cheap and easy recycling; possibility to create flexible devices. Thus, organic materials provide opportunities to expand the use of solar energy. Material selection is one of the prerequisites to develop organic solar cells. The knowledge of material properties and energy structure can play a crucial role in development of organic solar cells. In this work indandione containing compounds with different functional groups attached have been investigated. Added groups allowed improving the energy parameters and photovoltaic properties compared with other previously known indandione compounds. An attached tri-phenyl group gives the possibility to make organic solar cells from the solution. The traditional method for making thin films – thermal deposition in vacuum – is costly and requires large amounts of energy. Thin films fabrication from solution saves energy and raw materials, particularly when printing or "roll-to-roll" method is applied. Solar cell fabrication from solution is becoming more and more popular, but now it is possible mostly using polymers. Fabrication from solution using low molecular weight compounds instead of polymers is more cost-effective because repeatability of the synthesis of low molecular weight compounds is significantly higher and at the same time recycling process is much easier than that of polymers.
Atsauce Latvels, Jānis. Inovatīvu organisko materiālu saules elementu fotoelektriskās īpašības. Promocijas darbs. Rīga: [RTU], 2015. 104 lpp.
Pilnais teksts Pilnais teksts
Kopsavilkums Kopsavilkums
ID 20619