Preview

Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики

Расширенный поиск

Влияние покрытий поливинилбутираля с углеродными квантовыми точками на характеристики кремниевых солнечных элементов

https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-6-1122-1127

Аннотация

Введение. Представлены результаты исследования кремниевых солнечных элементов с функциональными покрытиями на основе поливинилбутираля с углеродными квантовыми точками. Показано изменение параметров солнечных элементов при использовании таких покрытий на фронтальной поверхности солнечных элементов. Метод. Разработан метод нанесения тонких пленок поливинилбутираля с углеродными квантовыми точками. Пленки образованы при откачке раствора изопропилового спирта с поливинилбутиралем и углеродными квантовыми точками из стеклянной кюветы при помощи перистальтического насоса таким образом, чтобы граница контакта раствора с поверхностью солнечного элемента перемещалась сверху вниз. Процесс может производиться как с воздействием ультразвука, так и без него. Спектры люминесценции углеродных квантовых точек получены с использованием монохроматора СФЛ МДР-41. Толщина покрытия измерена с помощью спектроскопического эллипсометра SE 800. Основные параметры солнечных элементов определены до и после нанесения функциональных покрытий с использованием имитатора солнечного света SolarLab 20-UST. Основные результаты. Исследования показали сильную флуоресценцию углеродных квантовых точек в ультрафиолетовой области солнечного спектра (350–450 нм). При нанесении функциональных покрытий без воздействия ультразвука наблюдалось увеличение эффективности при концентрации углеродных квантовых точек в растворе равной 119 млн–1. При воздействии ультразвука получен плавный рост эффективности солнечных элементов до 2,34 % при максимальной концентрации квантовых точек в растворе 463 млн–1. В коротковолновой области солнечного спектра (365–470 нм) отмечено увеличение эффективности для всех концентраций углеродных квантовых точек, который изменялся в диапазоне от 4,5 до 38 %. Обсуждение. Функциональные покрытия на основе поливинилбутираля с углеродными квантовыми точками являются перспективными и не имеющими аналогов покрытиями для солнечных элементов, которые выполняют также и дополнительную функцию в качестве защитного покрытия от ультрафиолетового излучения. Это покрытие может быть использовано при проектировании и изготовлении широкого класса оптоэлектронных приборов.

Об авторах

В. Н. Корчагин
Северо-Кавказский федеральный университет; Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. Платова
Россия

Корчагин Владимир Николаевич — младший научный сотрудник; аспирант

Ставрополь, 355017; Ростовская область, Новочеркасск, 346428



И. А. Сысоев
Северо-Кавказский федеральный университет
Россия

Сысоев Игорь Александрович — доктор технических наук, доцент, директор научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии

Ставрополь, 355017

sc 32467535800



В. И. Ратушный
Волгодонский инженерно-технический институт — филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»
Россия

Ратушный Виктор Иванович — доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой

Волгодонск, 347360

sc 6603218775



Д. В. Митрофанов
Северо-Кавказский федеральный университет
Россия

Митрофанов Даниил Вячеславович — младший научный сотрудник, ассистент преподавателя

Ставрополь, 355017

sc 57226807601



О. М. Чапура
Северо-Кавказский федеральный университет
Россия

Чапура Олег Михайлович — инженер-исследователь

Ставрополь, 355017

sc 57226807601



Список литературы

1. Wang Y., Hu A. Carbon quantum dots: synthesis, properties and applications // Journal of Materials Chemistry C. 2014. V. 2. N 34. P. 6921–6939. https://doi.org/10.1039/c4tc00988f

2. Gayen B., Palchoudhury S., Chowdhury J. Carbon dots: A mystic star in the world of nanoscience // Journal of Nanomaterials. 2019. P. 3451307. https://doi.org/10.1155/2019/3451307

3. Battaglia C., Cuevas A., DeWolf S. High efficiency crystalline silicon solar cells: status and perspectives // Energy & Environmental Science. 2016. V. 5. N 5. P. 1552–1576. https://doi.org/10.1039/c5ee03380b

4. Xu X., Ray R., Gu Y., Ploehn H.J., Gearheart L., Raker K., Scrivens W.A. Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments // Journal of the American Chemical Society. 2004. V. 126. N 40. P. 12736. https://doi.org/10.1021/ja040082h

5. Solar Energy Perspectives. International Energy Agency, 2011. 234 p. https://doi.org/10.1787/9789264124585-en

6. Sun Y.-P., Zhou B., Lin Y., Wang W., Fernando K.S., Pathak P., Meziani B.A., Harruff X., Wang X., Wang H., Luo P.G., Yang H., Kose M.E., Chen B., Veca L.M. Quantum-sized carbon dots for bright and colorful photoluminescence // Journal of the American Chemical Society. 2006. V. 128. N 24. P. 7756–7757. https://doi.org/10.1021/ja062677d

7. Baker S.N., Baker G.A. Luminescent carbon nanodots: emergent nanolights // Angewandte Chemie International Edition. 2010. V. 49. N 38. P. 6726–6744. https://doi.org/10.1002/anie.200906623

8. Li H., Kang Z., Liu Y., Lee S.-T. Carbon nanodots: synthesis, properties and applications // Journal of Materials Chemistry. 2012. V. 22. N 46. P. 24230–24253. https://doi.org/10.1039/c2jm34690g

9. Gaponenko S., Demir H.V. Applied Nanophotonics. Cambridge University Press, 2019. 433 p.

10. Semiconductor and Metal Nanocrystals: Synthesis and Electronic and Optical Properties / ed. by V. Klimov. CRC Press, 2004. 500 p.

11. Bibekananda D., Karak N. A green and facile approach for the synthesis of water soluble fluorescent carbon dots from banana juice // RSC Advances. 2013. V. 3. N 22. P. 8286–8290. https://doi.org/10.1039/c3ra00088e

12. Gao N., Huang L., Li T., Song J., Hu H., Liu Y., Ramakrishna S. Application of carbon dots in dye-sensitized solar cells: A review // Journal of Applied Polymer Science. 2020. V. 137. N 10. P. 48443. https://doi.org/10.1002/app.48443

13. Shejale K.P., Jaiswal A., Kumar A., Saxena S., Shukla S. Nitrogen doped carbon quantum dots as Co-active materials for highly efficient dye sensitized solar cells // Carbon. 2021. V. 183. P. 169–175. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.06.090

14. Sinha A., Qian J., Moffitt S.L., Hurst K., Terwilliger K., Miller D.C., Schelhas L.T., Hacke P. UV-induced degradation of high-efficiency silicon PV modules with different cell architectures // Progress in Photovoltaics. 2023. V. 31. N 1. P. 36-51. https://doi.org/10.1002/pip.3606

15. Sun Z., Yan F., Xu J., Zhang H., Chen L. Solvent-controlled synthesis strategy of multicolor emission carbon dots and its applications in sensing and light-emitting devices // Nano Research. 2022. V. 15. N 1. P. 414–422. https://doi.org/10.1007/s12274-021-3495-8


Рецензия

Для цитирования:


Корчагин В.Н., Сысоев И.А., Ратушный В.И., Митрофанов Д.В., Чапура О.М. Влияние покрытий поливинилбутираля с углеродными квантовыми точками на характеристики кремниевых солнечных элементов. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023;23(6):1122-1127. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-6-1122-1127

For citation:


Korchagin V.N., Sysoev I.A., Ratushny V.I., Mitrofanov D.V., Chapura O.M. Investigation of polyvinyl butyral coatings with carbon quantum dots on the characteristics of silicon solar cells. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2023;23(6):1122-1127. (In Russ.) https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-6-1122-1127

Просмотров: 12


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2226-1494 (Print)
ISSN 2500-0373 (Online)