ПРОЗРАЧНЫЕ ПРОВОДЯЩИЕ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИНКА ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Краткое описание основных особенностей:пленки ZnO на поверхности солнечных элементов были синтезированы золь-гель методом по следующей схеме: хлорид цинка или нитрат цинка вводились в исходный золь, синтезированный из следующих исходных веществ: тетроэтилортосиликат, этиловый спирт, дистиллированная вода и соляная кислота.
После завершения процесса гидролиза температура золя опускается до комнатной. Для созревания раствора его выдерживали при температуре окружающей среды 〖22 〗^0C в течении 3-5 дней. Золь в веденным в него хлоридом или нитратом цинка наносится на поверхность солнечного элемента методом центрифугирования со скоростью 2000 об/мин.
После нанесения золя пластины прошли ступенчатую термообработку при 〖100 〗^0C, в течении 10 минут, а затем отжиг в атмосфере кислорода при температуре 〖400 〗^0C, в течении 20 минут. В ходе термообработки происходит испарение растворителя и усиление поликонденсационных процессов, образование пространственной структуры кремнийорганического полимера.

Новизна разработки: научная новизна заключается в разработки золь-гель методом активных ZnO:Me слоев солнечных элементов. В результате будет получен солнечный элемент со значительно высоким уровнем КПД, высокой (≈ 88%) величиной пропускания в области 400 − 1000 нм, и существенным поглощением в коротковолновой области спектра.

Актуальность: актуальность работы определяется необходимостью разработки конкурентоспособных, экологически чистых, возобновляемых источников электроэнергии в качестве альтернативы традиционному углеводородному сырью.
Получение электроэнергии от солнечного излучения наиболее привлекательно и имеет большие перспективы в долгосрочном плане. В то же время, стоимость электроэнергии, получаемой от солнечных батарей, в настоящее время пока ещё выше стоимости электроэнергии от других источников энергии. За последние годы достигнут большой прогресс в области снижения цен на солнечные элементы, что стимулировало чрезвычайно высокий спрос на рынке фотовольтаики (свыше 30 % в год), и прогнозируется его дальнейший экспоненциальный рост. Считается, что при достижении цены солнечных батарей менее 1 $ за ватт установленной мощности, стоимость «солнечной» электроэнергии будет сравнима со стоимостью электроэнергии, получаемой от традиционных источников.
Существенное снижение цен может быть достигнуто в первую очередь за счет разработки новых конструкций СЭ и модулей, обладающих повышенной эффективностью, малым расходом материала, высокой технологичностью при массовом производстве.

Преимущества перед аналогами: до настоящего времени усилия разработчиков были сосредоточены на создании, так называемых, тандемных СЭ, в которых производится формирование многослойных (многопереходных) полупроводниковых пленок с различной шириной запрещенной зоны, способных максимально использовать спектр солнечного излучения. В течение последних лет появились сообщения о возможности создания устройств на основе солнечных элементов с кпд свыше 50 %. Реализованы СЭ с к.п.д. 43,8 % путем совместного использования высокоэффективных кремниевых и арсенид-галлиевых элементов. Принцип действия таких устройств основан на спектральном разложении солнечного излучения и использовании высокоэффективных фотопреобразователей, оптимизированных под заданный спектральный диапазон.
Отличительной особенностью разработки является получение максимальной эффективности не для широкого спектра солнечного излучения, а в сравнительно узких спектральных диапазонах для дальнейшего использования совместно с оптическими схемами разложения и концентрации света. При этом появляется ряд вариантов реализации таких конструкций, основанных на использовании полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, конверсии части излучения в нужный диапазон, создания многослойных структур, оптимизированных под различные участки спектра и т.п. В настоящее время в мире начаты теоретические и экспериментальные проработки таких конструкций, основанныx на широком использовании тонких пленок различных полупроводниковых соединений, разработке методов управления их шириной запрещенной зоны, получение этих пленок дешевыми методами.

Назначение: преобразование солнечного излучения в электроэнергию.

Область применения: для массового внедрения технологии переработки солнечной энергии в электрическую на предприятиях Республики Беларусь необходима разработка или внедрение уже существующих технологий, массовое применение их на практике (не только для нужд в хозяйственной деятельности крупных предприятиях, но и для нужд населения), что позволит существенно снизить себестоимость СЭ и получаемой энергии.

Основные технико-экономические показатели: расчет необходимых финансовых вложений.
Таблица 1 – Необходимые вложения
Наименование оборудования Количество единиц, шт. Цена за единицу, бел.руб. Стоимость, бел.руб.
Мешалка 1 860 000 860 000
Ультразвуковая установка 1 10 320 000 10 320 000
Центрифуга 1 12 900 000 12 900 000

Таблица 2 – Цены на основное сырье
Наименование Цена, бел. руб.
Ацетат цинка (1 кг) 500 000
Диметилформамид (1 л) 800 000
Уксусная кислота (1 л) 600 000
Этиловый спирт (1 л) 6 800

Итого себестоимость 5 мл продукта будет равна 4 190бел.руб.
Стоимость солнечного элемента размером 156×156 составляет 23 520 бел. руб. Себестоимость пластины с нанесенной пленкой будет составлять 27 710 бел. руб.

Вид экспоната (представление разработки на выставке):макет, модель.

Основные потенциальные потребители разработки (название организации): «Солар Групп» – это предприятие является резидентом свободной экономической зоны «Брест». Оно уже с 2009 года занимается выпуском пластин для фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) и на данный момент объем производства достигает 1.3 млн. пластин ФЭП в год.

Предлагаемые формы сотрудничества: передача ноу-хау.

Контакты: 

Гомельский государственный университет имени Ф.Скорины

246019, Республика Беларусь, г. Гомель,. ул. Советская 104

тел. +375-232-57-64-36, факс: +375-232-57-63-57
e-mail: semchenko@gsu.by

Научный руководитель – Семченко Алина Валентиновна, кандидат физико-математических наук, доцент

Студент – Осипова Ирина Юрьевна (5 курс)