Comisia de atestare
Comisia de acreditare
Comisiile de experţi
Dispoziţii, instrucţiuni
Acte normative
PREGĂTIREA CADRELOR
Nomenclator
Instituţii
Consilii
Seminare
Teze		 Conducători de doctorat
Deţinători de grad
Doctoranzi
Postdoctoranzi
CNAA logo

 română | русский | english


Elaborarea dispozitivelor fotovoltaice pe baza semiconductorilor organici/ anorganici


Autor: Furtună Vadim
Gradul:doctor în ştiinţe fizico-matematice
Specialitatea: 01.04.10 - Fizica şi ingineria semiconductorilor
Anul:2022
Conducător ştiinţific: Tamara Potlog
doctor, conferenţiar universitar, Universitatea de Stat din Moldova
Instituţia: Universitatea de Stat din Moldova

Statut

Teza a fost susţinută pe 24 februarie 2022 în CSS
şi aprobată de CNAA pe 1 iulie 2022

Autoreferat

Adobe PDF document – 2.07 Mb / în română

Teza

CZU 621.382/.383(043)

Adobe PDF document 7.09 Mb / în română
196 pagini

Cuvinte Cheie

ZnPc, acid formic, PTCDI, iod, heterojoncţiune în volum, structură de tip Schottky, celulă solară, interfaţă, conversia energiei solare, parametri fotovoltaici

Adnotare

Structura tezei: Teza constă din introducere, 5 capitole, concluzii generale și recomandări, 243 surse bibliografice, 146 pagini de text de bază, 93 figuri, 16 tabele și 4 anexe (cu 6 figuri, 2 formule). Rezultatele prezentate în teză au fost publicate în 30 lucrări ştiinţifice: 7 articole (dintre care 2 în reviste internaționale cu factor de impact) și 23 rezumate la conferințe științifice internaționale.

Domeniul de cercetare: Materiale organice şi structuri pentru fotovoltaică, Fizica şi Tehnologia Materialelor.

Scopul lucrării: Elaborarea şi optimizarea tehnologiei de sinteză din soluții chimice, prin metoda centrifugării și metoda picăturii, a straturilor subțiri pe baza ftalocianinei de zinc, precum și studierea proprietăților structurale și optice ale straturilor obținute, pentru implementarea lor în producerea dispozitivelor fotovoltaice.

Obiectivele cercetării: Elaborarea protocolului de solubilizare a ZnPc și PTCDI; optimizarea regimurilor de sinteză și dopare a straturilor subțiri din soluții chimice, în vederea controlului proprietăţilor acestora pentru aplicaţii în fotovoltaică; investigarea corelaţiilor existente între microstructură şi proprietăţile optice; optimizarea tehnologiei de obținere a dispozitivelor fotovoltaice.

Noutatea şi originalitatea ştiinţifică a lucrării: Elaborarea și optimizarea regimurilor de sinteză a straturilor subțiri din soluții pe bază de ZnPc şi PTCDI în FA, precum și a celor de dopare in situ a acestor straturi cu I2; obținerea în premieră, din soluții, a dispozitivelor fotovoltaice de tipul diodei Schottky ITO/PEDOT:PSS/ZnPc:I2/Al cu valoarea tensiunii de circuit deschis 1.03 V, care e mai înaltă decât în cazul dispozitivelor obținute prin evaporare termică în vid; obținerea în premieră a dispozitivelor fotovoltaice, din soluții, de tipul heterojoncțiune în volum ITO/PEDOT:PSS/ZnPc:I2: PTCDI/Al cu randament de conversie 2.4 %; elucidarea mecanismelor de interacțiune dintre solvent (FA), substanțele active(ZnPc, PTCDI) și dopant (I2) în baza studiului complex al proprietăților morfologice, structurale, vibraționale și optice; stabilirea mecanismelor de transport al purtătorilor de sarcină prin dispozitivele realizate, cercetate la aplicarea câmpului electric și iluminare.

Problema ştiinţifică soluţionată în această teză de doctorat este elaborarea tehnologiei de fabricare cu costuri de producție reduse a celulelor solare organice pe bază de ZnPc și ZnPc:PTCDI, elucidarea principiilor fizice de funcționare și găsirea de soluții pentru creșterea eficienței de conversie a energiei solare în energie electrică.

Semnificaţia teoretică a lucrării constă în elucidarea proceselor fizice, care permit controlul efectiv asupra nucleației şi creşterii straturilor subțiri din soluții chimice, formarea interfeţei structurilor pe baza de ZnPc, de tip dioda Schottky și de tip heterojoncțiune ZnPc:PTCDI și clarificarea nuanţelor procesului de transfer de sarcină electrică de la interfaţa structurilor.

Valoarea aplicativă constă în elaborarea și optimizarea tehnologiei de preparare a structurilor pe baza de ZnPc de tip diodă Schottky și de tip heterojoncțiune în volum ZnPc:PTCDI (atât nedopate cât și dopate cu iod) cu o eficienţă de conversie mai mare decât cea a dispozitivelor obținute prin evaporare termică în vid înalt.

Implementarea rezultatelor: Rezultatele ştiinţifice obţinute pot fi implementate în procesul instructiv-educativ la Institutul de Cercetare şi Inovare al Universității de Stat din Moldova.

Cuprins


1. Stadiul actual al cercetărilor și realizărilor în domeniul ftalocianinelor metalice
  • 1.1 Structura și sinteza ftalocianinelor. Sinteza ZnPc
  • 1.2 Noțiuni despre Celulele Solare pe bază de Semiconductori Organici
  • 1.2.1 Provocările actuale și progresele recente
  • 1.3 Tehnologii de sinteză a straturilor subțiri de ftalocianină de zinc și caracterizarea acestora pentru aplicațiile fotovoltaice
  • 1.3.1 Depunerea straturilor subțiri de ZnPc prin metoda evaporării și caracterizarea acestora pentru aplicațiile fotovoltaice
  • 1.3.2 Procedee de depunere a straturilor subțiri din soluții chimice
  • 1.4 Solubilitatea ftalocianinei de zinc în diferiți solvenți
  • 1.5 Concluzii la capitolul 1

2. Tehnologia de sinteză a ftalocianinei de zinc și a straturilor subțiri pe baza acesteia
  • 2.1 Metoda de sinteză a ftalocianinei de zinc
  • 2.2 Protocolul de măsurare a solubilității
  • 2.3 Măsurarea solubilității
  • 2.4 Determinarea coeficientului molar de extincție
  • 2.5 Tehnologia depunerii straturilor subțiri din soluții
  • 2.5.1 Depunerea straturilor subțiri prin centrifugare
  • 2.5.2 Calcularea cantității de ZnPc depuse pe substrat prin metoda centrifugării
  • 2.5.3 Nucleația și creșterea în straturile de ZnPc/FA obținute prin metoda centrifugării
  • 2.5.4 Depunerea straturilor subțiri prin metoda picăturii
  • 2.5.5 Nucleația și creșterea în straturile obținute prin metoda picăturii
  • 2.6 Metode de analiză și cercetare
  • 2.7 Concluzii la capitolul 2

3. Caracterizarea morfologică, structurală și optică a straturilor subțiri
  • 3.1 Morfologia straturilor subțiri de ZnPc procesate din soluție și depuse prin centrifugare
  • 3.2 Morfologia straturilor subțiri procesate din soluție și depuse prin metoda picăturii
  • 3.3 Analiza structurală a straturilor subțiri prin difracție cu raze X
  • 3.3.1 Impactul solventului asupra parametrilor structurali
  • 3.3.2 Efectul grosimii asupra parametrilor structurali
  • 3.3.3 Efectul dopării cu iod asupra parametrilor structurali
  • 3.3.4 Efectul tratării termice
  • 3.4 Analiza FTIR
  • 3.5 Analiza Raman
  • 3.6 Analiza XPS
  • 3.7 Caracterizarea prin spectroscopie de absorbție moleculară în domeniul ultraviolet și vizibil (UV-VIS)
  • 3.8 Concluzii la capitolul 3
  • 4. Tehnologia de fabricare a dispozitivelor fotovoltaice cu straturi subțiri de ZnPc și ZnPc:PTCDI procesate din soluții chimice și studiul proprietăților electrice ale acestora
  • 4.1 Tehnologia de fabricare a dispozitivelor fotovoltaice pe baza straturilor procesate
  • 4.2 Caracteristicile J-U ale structurilor ITO/PEDOT:PSS/ZnPc/Al de tip diodă Schottky
  • 4.3 Studierea dependenţei capacităţii de tensiune
  • 4.4 Caracteristicile curent-tensiune ale heterojoncțiunilor de volum ITO/PEDOT:PSS/ZnPc:PTCDI/Al
  • 4.5 Concluzii la capitolul 4

5. Proprietăţile fotoelectrice ale structurilor ITO/PEDOT:PSS/ZnPc:I2/Al și ITO/PEDOT:PSS/ZnPc:I2/PTCDI/Al. Aplicații în fotovoltaică
  • 5.1 Formarea și rolul stratului „interfacial” de oxid de aluminiu
  • 5.2 Proprietățile fotoelectrice ale structurilor de tip Schottky ITO/PEDOT:PSS/ZnPc:I2/Al
  • 5.3 Proprietățile fotoelectrice ale structurilor pe baza heterojoncțiunii în volum ITO/PEDOT:PSS/ZnPc/PTCDI/Al