Wytworzenie luminoforów do poprawy wydajności energetycznej ogniw słonecznych

Transkrypt

1 Wytworzenie luminoforów do poprawy wydajności energetycznej ogniw słonecznych

2 L p. Nowe wydajne luminofory do oświetleń i koncentratorów słonecznych rok 2 rok 3 rok 4 rok 5 rok Nazwa etapu / nr kwartału 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 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 Diagnostyka metodami spektroskopii wysokociśnieniowej luminoforów tlenkowych o szerokopasmowej emisji w zakresie widzialnym - Uniw. Gdańsk Analiza właściwości emisyjnych i absorpcyjnych luminoforów tlenkowych o szerokopasmowej emisji w zakresie widzialnym INTiBS PAN Wyselekcjonowanie najbardziej wydajnych luminoforów o szerokopasmowej emisji w zakresie widzialnym - Uniw. Gdańsk, INTiBS PAN, Uniw. Wrocław Modelowanie luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami Uniw. Gdańsk Przygotowanie i synteza materiałów luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami Uniw. Wrocław Analiza strukturalna luminoforów luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami INTiBS PAN, Analiza właściwości emisyjnych i absorpcyjnych luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami INTiBS PAN, Wybór luminoforów organicznych o efekcie antenowym domieszkowanych lantanowcami posiadających najlepsze właściwości emisyjne- Uniw. Gdańsk, INTiBS PAN, Uniw. Wrocław Modelowanie luminoforów o wąskopasmowej emisji w zakresie ev - Uniw. Gdańsk Przygotowanie i synteza luminoforów o wąskopasmowej emisji w zakresie ev - Uniw. Wrocław

3 Trochę historii 839 francuski naukowiec Alexandre-Edmont Becquerel obserwował go po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny 946 Russel Ohl opatentował urządzenie czułe na światło 954 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 0 MW z 5792 modułów ogniw słonecznych, - Portugalia, 62 MW zajmując powierzchnię 2 ha.

4 Rys. Średnie oświetlenie powierzchni Ziemi [W/m2], czarne punkty oznaczają elektrownie słoneczne zdolne zaspokoić ziemskie zapotrzebowanie [2]

5 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,

6 Tylko fragment widma słonecznego zostanie zamieniony na energię elektryczną.

7

8 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]

9 Rys. 3 Przekrój ogniwa słonecznego z warstwami up-convertera umieszczonego od dołu ogniwa aby wyłapywać promieniowanie IR oraz down-convertera umieszczonego z przodu ogniwa.

10 Przegląd różnych mechanizmów konwersji w górę (up-conversion) wg. Auzela [4

11 Oczekiwane właściwości luminoforów do konwersji w dół lub cięcia kwantowego : Absorpcja pomiędzy 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.

12 Oczekiwane właściwości luminoforów do konwersji w górę Dobra absorpcja w przedziale 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

13

14

15 Literatura Wykaz literatury:. U.S. Patent 2,402,662, "Light sensitive device" B.S. Richards, Solar Energy Materials & Solar Cells 90 (2006) M.J. Keevers, M.A. Green, Sol Energy Mater. Sol. Cels 4-42 (996) R. T. Wegh, H. Donker, and A. Meijerink, R. J. Lamminmaki and J. Holsa, Phys Rev. 56 (997) Hsin-Yi Tzeng, Bing-Ming Cheng, Teng-Ming Chen, Journal of Luminescence (2007) Oxide-based quantum cutter method and phosphor system US Patent Issued on December 30, K. D. Oskam, R. T. Wegh, H. Donker, E. V. D. van Loef and A. Meijerink, Journal of Alloys and Compounds, Volumes , 2 April 2000, S.P. Feofilov, Y. Zhou, J.Y. Jeong, D.A. Keszler and R.S. Meltzer, Journal of Luminescence, Volumes 9-20, July-October 2006, Feibing Xiong, Yanfu Lin, Yujin Chen, Zundu Luo, En Ma and Yidong Huang, Chemical Physics Letters, Volume 429, Issues 4-6, 5 October 2006, 40..T. Trupke, M. Green, P. Wurfel, J. Appl. Phys. 92 (3) (2002) P.J. Dereń, R. Pązik, W. Stręk, Ph. Boutinaud and R. Mahiou, Journal of Alloys and Compounds, In Press, Corrected Proof, Available online 9 April 2007

16 . M.F. Joubert, Optical Mat. (999) 8 2. F. Auzel, Chem. Rev. 04 (2004) S. Heer, K. Kompe, H. Gudel, M. Haase, Adv. Mater. 6 (23 24) (2004) D. Gamelin, H. Gudel, Acc. Chem. Res. 33 (2000) 235. and also D. Gamelin, H. Gudel, J. Am. Chem. Soc. 20 (998) D. Gamelin, H. Gudel, Inorg. Chem. 38 (999) P. Deren, M. Joubert, J.-C. Krupa, R. Mahiou, M. Yin, J. Alloys. Compd. 34 (2002) T. Trupke, M. Green, P. Wurfel, J. Appl. Phys. 92 (7) (2002) J.F. Suyver et al. / Optical Materials 27 (2005) 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.34, 7 July 2002, pp.34-8.