ФЦП 1.2 «Тонкопленочные композитные функциональные материалы на основе оксидов металлов с варьируемыми оптическими и электрическими характеристиками для устройств фотовольтаики»

 Руководитель проекта – заведующий кафедрой СФМ, д.ф.-м.н., доцент, Романов Алексей Евгеньевич

Получатель субсидии – Университет ИТМО.

 

Задачи проекта:

1.      Компьютерное моделирование оптических и электрических свойств разрабатываемых покрытий методом конечных элементов в математическом пакете Comsol Multiphysics.

2.      Разработка золь-гель технологии получения оксидных материалов n- (AZO) и p-типа (CuAlO2, CuCrO2) проводимости на диэлектрических подложках (кварц, сапфир, стекло). Разработка технологии получения сложных слоистых структур, состоящих из нанослоев (AZO/ZnO) с различной концентрацией легирующего алюминия от 1 до 6% золь-гель методом.  Получение прозрачных проводящих покрытий с разным коэффициентом пропускания и электропроводностью в зависимости от температуры отжига и атмосферы, в которой проводился отжиг.

3.      Анализ зависимости оптических и электрических характеристик получаемых оксидных покрытий, в зависимости от степени легирования оксидов, толщины наносимых пленок, температуры нанесения и отжига, атмосферы, в которой проводился отжиг, от структуры сложного материала AZO/ZnO.

4.      Разработка технологии получения слоев наночастиц серебра и золота между слоями оксидных пленок из водных растворов наночастиц. Получение распределений наночастиц с различной концентрацией и расстоянием между ними. Получение зависимости параметров слоев наночастиц и оптических спектров композитных материалов. Технология непосредственного синтеза наночастиц металлов в оксидных пленках золь-гель методом.

5.      Экспериментальные исследования влияния селективного излучения на проводимость композитных покрытий. Получения спектральных зависимостей значений фототока от параметров полученных покрытий.

6.      Экспериментальное исследование увеличение эффективности электролюминесценции при нанесении разработанных покрытий на чипы светодиодов, работающих на длинах волн 450 нм, 555 нм, 630 нм, 850 нм, 940 нм.

7.      Экспериментальное исследование квантового выхода кремниевой батареи с нанесенным поверх поверхности батареи тонкопленочным композитным покрытием.

8.      Проработка эскизной документации прозрачной солнечной батареи, работающей на p-n гетеропереходе n- (ZnO:Al-AgНЧ)/p-CuAlO2 (p-CuCrO2). Оценка оптимального кол-ва слоев для обеспечения эффективного гетероперехода. Оценка прозрачности батареи, мощности батареи.

9.      Отработка технологии золь-гель для нанесения разработанных покрытий на подложки из различных диэлектрических материалов (стекло, кварц, сапфир).

10.   Адаптация золь-гель технологии нанесения покрытий на подложки криволинейных форм. Применения метода погружения (дип-коатинг) и ультразвукового спрей-коатинга (лабораторная сборка). Оценка получаемых пленок по толщине.

11.   Изготовление макета солнечной прозрачной батареи. Исследование эффективности и мощности полученной солнечной батареи.

 

Индустриальный партнёр – ОАО «Авангард» 

 

Задачи в проекте: внебюджетное финансирование проекта и внедрение результатов

ОАО «Авангард» ведёт активные разработки в области полупроводниковой тонкопленочной электроники и имеет опыт проведения научных исследований и разработок в этой области. На предприятии созданы производственные участки с технологиями мирового уровня, в том числе с возможностью реализации таких технологических операций, как напыление тонких пленок металлов и диэлектриков; «сухое» травление металлических и диэлектрических материалов; микромашинная обработка кремниевых, стеклянных и других пластин с формированием выборок и металлизированных сквозных отверстий (технологии TGV, TSV). Реализована возможность формирования плёночных структур из любых металлов, поликремния, нитридов, оксидов и др. На предприятии ОАО «Авангард» предполагается проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов разработанных покрытий.

 

Основанием для работы является Соглашение о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. № 14.575.21.0127 с Минобрнауки России на выполнение прикладных научных исследований и экспериментальных разработок по теме: «Тонкопленочные композитные функциональные материалы на основе оксидов металлов с варьируемыми оптическими и электрическими характеристиками для устройств фотовольтаики» (уникальный идентификатор ПНИЭР: RFMEFI57517X0127).

 

Цель работы:

-        Получение тонкопленочных покрытий на подложках из материалов различного типа для управления светопоглощением и электропроводностью за счет внешнего воздействия.

-        Разработка и исследование альтернативных ITO (оксид индия-олова) покрытию композитных материалов, обладающих большей функциональностью, что приведет к созданию новых видов устройств фотовольтаики, а также к повышению эффективности существующей продукции оптоэлектронной отрасли, что позволит значительно экономить электроэнергию и ресурсы.

-        Разработка и внедрение в производство недорогой технологии получения разработанных тонкопленочных композитных функциональных материалов золь-гель методом

 

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 26.09.2017 № 14.575.21.0127 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» Мероприятие 1.2 на этапе 1 в период с 26.09.2017 по 29.12.2017 выполнялись следующие работы:

-        Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе обзор научных информационных источников.

-        Выбор и обоснование направления исследований.

-        Разработка компонентных составов тонкопленочных композитных покрытий функциональных материалов на основе оксидов металлов n- и p-типа проводимости с управляемым светопоглощением, наносимых на неорганические оптические материалы (кварц, сапфир, стекло) в том числе с криволинейной поверхностью.

-        Проведение компьютерного моделирования оптических и электрических свойств тонкопленочных композитных покрытий при варьировании компонентных составов материалов.

-        Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р15.011-96.

-        Разработка лабораторных технологических инструкций получения тонкопленочных покрытий на подложках из материалов различного типа для управления светопоглощением и электропроводностью за счет внешнего воздействия.

 

При этом были получены следующие результаты:

На этапе 1:

1.      Подготовлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе обзор научных информационных источников

2.      Сделан выбор и обоснование оптимального варианта направления исследований.

3.      Подготовлены акты изготовления компонентных составов (3 компонентных состава: ZnO:Al, CuAlO2, CuCrO2) тонкопленочных композитных покрытий функциональных материалов на основе оксидов металлов n- и p-типа проводимости с управляемым светопоглощением, наносимых на неорганические оптические материалы (кварц, сапфир, стекло), в том числе с криволинейной поверхностью.

4.       Разработана схема алгоритмов при варьировании компонентных составов материалов.

5.       Проведен отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ Р15.011-96.

6.       Подготовлены лабораторные технологические инструкции получения тонкопленочных покрытий на подложках из материалов различного типа для управления светопоглощением и электропроводностью за счет внешнего воздействия.

 

Охраноспособные РИД, полученные в рамках проекта:

Поданы заявки на патент: результат интеллектуальной деятельности (РИД) «Прозрачный проводящий оксид».

Полученные результаты и достижения ПНИЭР представлены на 19 конференции Всероссийской конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Доклад был предоставлен Ляшенко Т. Г., тема «Светочувствительные оксидные многослойные пленки AZO-AgNP-AZO для применений в фотовольтаике».

Опубликована статья в журнале Materials Physics and Mechanics: “Fabrication of p-type transparent oxide films with delafossite structure by sol-gel processing”, E.V. Shirshneva-Vaschenko, L.A. Sokura, T.G. Liashenko, E. Podlesnov, V.E. Bougrov, A.E. Romanov, Materials Physics and Mechanics 32, 288-292 (2017).

Выполненный объем работ по этапу 1 полностью соответствует поставленной цели и задачам ПНИЭР, перечню работ прописанным в плане-графике, техническим характеристикам и требованиям в ТЗ.

 

 

Информация © 2015-2018 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Департамент информационных технологий