Разработка и исследование сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Саенко, Александр Викторович

• Саенко, Александр Викторович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Саенко, Александр Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1.1 Обзор существующих солнечных элементов

1.2 Физические принципы построения фотоэлектрохимических солнечных элементов

1.2.1 Конструкция и материалы сенсибилизированных красителем солнечных элементов

1.2.2 Особенности работы и основные характеристики сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана

1.3 Лазерные технологии и создание пористого электрода диоксида титана для сенсибилизированных красителем солнечных элементов

1.4 Анализ существующих моделей сенсибилизированных красителем солнечных элементов

1.5 Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА

2.1 Разработка модели сенсибилизированного красителем солнечного элемента на основе диоксида титана

2.1.1 Основные уравнения построения модели сенсибилизированного красителем солнечного элемента на основе диоксида титана

2.1.2 Расчет плотности потока фотонов в диапазоне поглощения молекул красителя

2.1.3 Разработка модели пористой структуры сенсибилизированной красителем пленки диоксида титана

2.1.4 Расчет величины последовательного сопротивления в сенсибилизированном красителем солнечном элементе

2.2 Разработка методики моделирования сенсибилизированного красителем солнечного элемента

2.3 Моделирование характеристик и параметров сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана

2.4 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НАНОПОРИСТОЙ ПЛЕНКИ ДИОКСИДА ТИТАНА ПРИ ЛАЗЕРНОМ СПЕКАНИИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

3.1 Формирование нанопористой пленки диоксида титана с использованием лазерных технологических операций

3.2 Исследование морфологии поверхности и толщины пленок диоксида титана при лазерном спекании

3.3 Исследование фазового состава полученных пленок диоксида титана при лазерном спекании

3.4 Исследование спектров поглощения сенсибилизированных красителем пленок диоксида титана при лазерном спекании

3.5 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ

4.1 Разработка технологического маршрута изготовления экспериментальных образцов сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана

4.2 Измерение характеристик и параметров экспериментальных образцов сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана

3

4.3 Сравнительный анализ параметров полученных образцов сенсибили-

зированных красителем солнечных элементов с их аналогами

4.4 Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Программа моделирования сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты о внедрении результатов, полученных в кандидатской диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Солнечная энергетика в настоящее время является одной из наиболее активно развивающихся отраслей электроэнергетики. Большой потенциал роста данной ветви альтернативной (возобновляемой) энергетики обусловлен такими глобальными факторами, как необходимость обеспечения национальной энергетической безопасности и повышение стоимости традиционных ископаемых источников энергии. Кроме того солнечная энергетика имеет и другие преимущества, в частности энергия Солнца доступна всем, бесплатна, практически неисчерпаема, а процесс её преобразования в электрическую энергию не оказывает негативного влияния на окружающую среду. Однако на сегодня солнечная энергетика, преимущественно на основе кремния, занимает менее 1 % в общемировом балансе производимой электроэнергии. Это связано со сложной технологией изготовления и высокой стоимостью солнечных элементов на основе кремния, что препятствует их широкому использованию.

Третье поколение солнечных элементов на основе нанокристаллических оксидных полупроводников (диоксида титана, ТЮг) и органических материалов (красителей), получивших название сенсибилизированные красителем солнечные элементы (СКСЭ), обладает перспективой удешевления и упрощения производства. Основным компонентом конструкции СКСЭ является фотоактивная нанопористая пленка ТЮ2 сенсибилизированная органическим красителем. К настоящему времени не разработаны конструктивно-технологические принципы получения оптимальной нанопористой структуры пленки ТЮг для достижения максимального коэффициента полезного действия (КПД) данных солнечных элементов. Поэтому существенным недостатком СКСЭ является относительно невысокий КПД, который составляет порядка 10-11 %. Согласно анализу литературных источников одним из подходов повышения КПД СКСЭ на основе ТЮг является использование лазерных технологических операций в процессе изготовления солнечных элементов.

5

Таким образом, тема диссертационной работы, связанная с разработкой и исследованием сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана, представляется современной и актуальной.

Состояние вопроса

СКСЭ на основе ТЮ2 представляют собой перспективную технологическую и экономическую альтернативу солнечным элементам на основе классических полупроводников (кремния). Сенсибилизация красителем широкозонных полупроводников (ТЮ2) для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию впервые использовалась X. Геришером и др. в 1960-ых. Первые СКСЭ характеризовались плохим закреплением молекул красителя на поверхности полупроводника и малым КПД (менее 0,1 %), обусловленным низким поглощением солнечного излучения мономолекулярным слоем красителя на плоской (планарной) поверхности полупроводника. Для решения проблемы преобразования солнечного излучения параллельно велись исследования в дух направлениях: развитии фотоэлектродов с большой удельной площадью поверхности для адсорбции большого количества молекул красителя и синтезе красителей, имеющих широкий спектральный диапазон поглощения и осуществляющих прочную связь с поверхностью полупроводника. Усовершенствования в данных направлениях были достигнуты вначале 1990-ых, благодаря нанотехнологии и развитию красителей-сенсибилизаторов. Нанокристалли-ческие мезопористые пленки ТЮ2 позволили значительно увеличить эффективную площадь поверхности фотоэлектрода солнечного элемента, а новые метал-лоорганические красители способствовали расширению спектрального диапазона поглощения до инфракрасной области спектра и прочному закреплению молекул на поверхности полупроводника.

В СКСЭ структура нанопористой пленки ТЮ2 оказывает существенное влияние на характеристики солнечного элемента, поскольку она является источником большой площади поверхности для адсорбции на ней поглощающих солнечное излучение молекул красителя, а также транспортной средой для генерированных электронов. Пористая пленка ТЮ2 обычно изготавливается тра-

6

фаретной печатью путем нанесения пасты, содержащей наночастицы ТЮ2, на проводящие (ТСО) стеклянные подложки с последующим спеканием при температурах 450-500 °С. Процесс спекания способствует удалению органических компонентов из нанесенной пленки, а также формированию электрически связанной нанопористой структуры ТЮ2. Из литературных источников известно, что коэффициент диффузии электронов в ТЮг зависит от пористости пленки и возрастает с уменьшением пористости ТЮ2. При этом пористость может варьироваться от 0,5 (50 %) до 0,7 (70 %) вследствие изменения количества связующего вещества в пасте ТЮ2. Таким образом, вопрос оптимизации нанопористой структуры пленки ТЮг для улучшения характеристик и увеличения КПД СКСЭ является актуальным.

Решением данной проблемы может послужить использование лазерных технологических операций, которые находят все более широкое применение в различных областях науки и техники, поскольку они позволяют изменять механические, электрофизические, оптические и многие другие свойства различных материалов. Таким образом, использование лазерного спекания пленки ТЮ2 с целью модификации (оптимизации) её нанопористой структуры может привести к увеличению КПД СКСЭ на основе ТЮ2. Кроме того необходима разработка более совершенных моделей СКСЭ для проведения достаточно точных и детальных исследований влияния конструктивно-топологических параметров СКСЭ на их фотоэлектрические характеристики. Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка и исследование

/

сенсибилизированных красителем солнечных элементов (СКСЭ) на основе диоксида титана (ТЮ2) для улучшения их фотоэлектрических характеристик и параметров, в частности, увеличения КПД. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- проведение анализа современного состояния солнечных элементов, обоснование выбора материалов конструкции СКСЭ и определение направлений её совершенствования;

- разработка численной модели СКСЭ на основе ТЮ2 для проведения более точных и детальных исследований влияния конструктивно-топологических параметров (пористости и толщины пленки ТЮ2, радиуса частиц ТЮ2, длины и ширины фотоактивной области) солнечного элемента на его фотоэлектрические характеристики;

- экспериментальное исследование влияния технологических параметров (энергии в импульсе лазерного излучения) на толщину и нанопористую структуру пленки ТЮ2 при её лазерном спекании длиной волны 1064 нм для оптимизации структуры пленки и увеличения КПД СКСЭ на основе ТЮ2;

- разработка технологического маршрута изготовления СКСЭ на основе ТЮ2 с использованием лазерного спекания, а также создание экспериментальных образцов СКСЭ и сравнение их характеристик с существующими аналогами.

Методы исследования базируются на основных положениях теории численных методов и алгоритмов решения обыкновенных дифференциальных уравнений, методик проведения экспериментальных исследований.

Научная новизна:

- разработана численная модель СКСЭ на основе ТЮ2 для исследования влияния конструктивно-топологических параметров солнечного элемента на его фотоэлектрические характеристики. В модель СКСЭ включено полученное интегральное выражение для расчета плотности потока фотонов в диапазоне поглощения молекул красителя, разработанная модель пористой структуры сенсибилизированной красителем пленки ТЮ2 для расчета коэффициента поглощения, а также выражение для определения величины последовательного сопротивления в солнечном элементе;

- выявлено с помощью моделирования, что существенное влияние на фотоэлектрические характеристики СКСЭ оказывает длина фотоактивной области элемента (сенсибилизированная красителем пленка ТЮ2), которая для оптимизации его характеристик должна составлять порядка 0,2-0,7 см;

- установлено на основе разработанной модели СКСЭ, что оптимальная пористость пленки ТЮ2 составляет 0,2-0,3 (20-30 %), при которой КПД СКСЭ возрастает на 20-25 % по сравнению с КПД при стандартной величине пористости 0,5-0,55 (50-55 %). При этом толщина пленки ТЮ2 может варьироваться в диапазоне оптимальной толщины 5-10 мкм;

- показано, что в условиях лазерного спекания пленки ТЮ2 происходит изменение её толщины, пористости и фазового состава, а также размера частиц Ti02 за счет коалесценции. Определена функциональная зависимость толщины и пористости сформированных пленок ТЮ2 от параметров лазерного спекания.

Практическая значимость:

- определены технологические параметры лазерного спекания пленки ТЮ2 на TCO-стеклянной подложке. Энергия в импульсе лазерного излучения составила 100-300 мДж при длительности воздействия 15 сек., что соответствует примерной температуре в пленке ТЮ2 400-800 °С;

- установлено, что структура пленки ТЮ2 сохраняется пористой после лазерного спекания энергией в импульсе 100-300 мДж. На основании экспериментальных исследований получено, что увеличение энергии в импульсе лазерного спекания приводит к уменьшению толщины от 10,18 мкм до 6,92 мкм и пористости от 0,45 (45 %) до 0,19 (19 %) пленок Ti02;

- разработан технологический маршрут изготовления экспериментальных образцов СКСЭ на основе ТЮ2, включающий использование лазерного спекания пленки ТЮ2 длиной волны 1064 нм для оптимизации её нанопористой структуры и увеличения КПД СКСЭ на основе Ti02;

- изготовлены экспериментальные образцы СКСЭ на основе ТЮ2 и определены их фотоэлектрические характеристики. Наибольший КПД составил порядка 13,4 % для экспериментальных образцов СКСЭ, в которых пленка ТЮ2 спекалась лазерным излучением с энергией в импульсе 150 мДж;

& tf-

- получено, что наиболее эффективные экспериментальные образцы СКСЭ на основе ТЮ2 показали КПД в среднем на 20-30 % выше относительно существующего уровня за счет уменьшения пористости пленки ТЮ2 вследствие лазерного спекания.

Достоверность научных результатов определяется применением современных методов исследования и подтверждается сравнением с результатами экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе, с результатами численного моделирования, полученными с использованием системы Matlab, а также согласованием с известными из научной литературы данными.

Внедрение и практическое использование результатов работы Результаты диссертационной работы использованы в научных исследованиях и разработках ООО «Завод «Кристалл» (г. Таганрог), ОАО «ТНИИС» (г. Таганрог), ОАО «НПП КП «Квант» (г. Ростов-на-Дону), ООО «Центр лазерных технологий» (г. Таганрог), ООО «Центр нанотехнологий» (г. Таганрог), фирмы «LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH» (г. Дортмунд, Германия), а также внедрены в учебный процесс подготовки студентов ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет».

По работе получен грант по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК») Фонда содействия малых форм предприятий в научно-технической сфере на финансирование по теме: «Разработка солнечных элементов на основе диоксида титана с применением

лазерных технологий» (2013 г.). Результаты работы использованы в научно-исследовательской работе (НИР) кафедры КЭС «Создание интерактивной мультимедийной учебно-методической виртуальной лаборатории по естествознанию для дистанционного обучения в области лазерных нанотехнологий» (2013 г.).

Апробаиия результатов работы

Основные научные результаты докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских научных конференциях и семинарах:

10

16-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2009» (Зеленоград, 2009 г.), German-Russian interdisciplinary workshop for students and young scientists «Nanodesign: Physics, Chemistry and Computer modeling» (Rostov-on-Don, 2010 г.), IX Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2011 г.), 14-ой научной молодёжной школе «Физика и технология микро- и наносистем» (Санкт-Петербург, 2011 г.), X Всероссийской конференции молодых ученых аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Таганрог, 2012 г.), 19-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2012» (Зеленоград 2012 г.), Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии-2012» (Таганрог, 2012 г.), Международном молодежном конкурсе научно-исследовательских работ «Студент и научно-технический прогресс» (Таганрог, 2012 г.), 20-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2013» (Зеленоград, 2013 г.), IX Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2013 г.).

По теме диссертационной работы получены сертификат победителя конкурса Фонда целевого капитала «Образование и наука ЮФО» (Ростов-на-Дону, 2011 г.); стипендия Правительства Российской Федерации на 2011/12 учебный год; диплом II степени за победу в Международном молодежном конкурсе научно-исследовательских работ «Студент и научно-технический прогресс» по научному направлению «Индустрия наносистем» (Таганрог, 2012 г.); диплом победителя программы «УМНИК» Фонда содействия малых форм предприятий в научно-технической сфере (Ростов-на-Дону, 2013 г.); диплом Всероссийского выставочного центра ВДНХ за создание солнечных элементов на основе диоксида титана с использованием лазерных технологий (Москва, 2013 г.).

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

- численная модель СКСЭ на основе ТЮ2 для исследования влияния конструктивно-топологических параметров солнечного элемента на его фотоэлектрические характеристики;

- теоретические закономерности влияния топологических размеров, толщины, пористости и диаметра частиц пленки ТЮ2 на фотоэлектрические характеристики СКСЭ;

- технологические параметры формирования пористой пленки ТЮ2 на ТСО-стеклянной подложке с использованием лазерного спекания длинной волны 1064 нм;

- экспериментальные закономерности толщины, пористости и фазового состава пленок ТЮ2, а также спектров поглощения сенсибилизированных красителем пленок ТЮ2 от энергии в импульсе лазерного спекания;

- технологический маршрут изготовления экспериментальных образцов СКСЭ на основе ТЮ2 и результаты исследований их фотоэлектрических характеристик.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 4 научные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ и 11 работ в сборниках трудов конференций и других изданиях. Подана заявка на патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, а также списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста и содержит список литературы на 15 страницах, 64 рисунка, 24 таблицы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1.1 Обзор существующих солнечных элементов

Сегодня энергетика оказалась первой крупной отраслью мировой экономики, которая столкнулась с ситуацией истощения своей традиционной сырьевой базы, что приводит к необходимости резкого изменения структуры источников потребляемой энергии [1,2].

Одним из самых привлекательных и перспективных возобновляемых источников энергии всегда считалась солнечная энергия [3-6]. Несмотря на значительные темпы роста и впечатляющие оценки перспектив солнечной энергетики, объём вырабатываемой в настоящее время солнечными элементами электроэнергии мал по сравнению с другими источниками энергии и составляет порядка 1 % [7]. Основным барьером здесь является высокая стоимость вырабатываемой электроэнергии, определяемая, прежде всего, стоимостью материала, из которого изготовлен элемент, и затратами технологического процесса его производства.

Таким образом, для того, чтобы солнечная энергетика могла конкурировать с ископаемыми источниками энергии, цена на вырабатываемую ею электроэнергию должна быть снижена. Для этого необходимо разработать эффективные, дешевые технологии и конструкции солнечных элементов.

Для эффективной работы солнечных элементов необходимо соблюдение некоторых основных условий [8, 9]:

1) фотоактивный материал солнечного элемента должен обладать широким спектром поглощения;

2) коэффициент поглощения активного слоя элемента должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить поглощение существенной части энергии солнечного излучения в пределах толщины слоя;

13

3) генерируемые при освещении электроны и дырки должны эффективно собираться на контактных электродах с обеих сторон активного слоя;

4) полное сопротивление, включённое последовательно с солнечным элементом (исключая сопротивление нагрузки), должно быть малым для того, чтобы уменьшить потери мощности в процессе работы.

На сегодняшний день лидерами по производству солнечной энергии с помощью солнечных элементов являются Япония, Германия, США, Испания и Израиль, имеющие свои фотоэлектрические станции [10].

Из всего многообразия солнечных элементов можно выделить следующие [3, 11-14]: традиционные кристаллические кремниевые (Si), соединения А1ПВУ (GaAs, InP), тонкоплёночные (Si, a-Si, CIGS, CdTe), фотоэлектрохимические, органические и многопереходные (каскадные). Главной сравнительной характеристикой солнечных элементов является их коэффициент полезного действия (КПД). В таблице 1.1 представлены максимальные значения КПД солнечных элементов, достигнутые в лабораторных условиях.

Таблица 1.1- Максимальные значения КПД солнечных элементов

Тип солнечного элемента КПД, % Ссылка

Кристаллические кремниевые (Si) [11,13]

Si (монокристаллический) 24,5

Si (поликристаллический) 20,4

Соединения A1UBV Ш,13]

GaAs (монокристаллический) 26,1

GaAs (поликристаллический) 19,7

InP (монокристаллический) 22,1

Тонкоплёночные [11,13]

Si (поликристаллический) 19,7

a-Si (аморфный) 10,1

CuInGaSe2 (CIGS) (поликристаллический) 19,0

CdTe (поликристаллический) 16,7

Фотоэлектрохимические [11,14]

ТЮг/краситель/электролит 11Д

Органические

Полимер-фуллерен 6,8

Многопереходные (каскадные) [11,141

GalnP/GaAs/InGaAs 37,0

В настоящее время основой солнечных элементов являются неорганические полупроводниковые материалы, причём наибольшее значение имеет кристаллический кремний (81) [10-14]. Из подложек, изготовленных на его основе, производится более 80 % всех солнечных элементов в мире. Несмотря на не самую лучшую поглощающую способность, имеет ряд преимуществ над другими полупроводниками: широко распространен в земной коре в форме оксида кремния (ЭЮг), нетоксичен и неактивен, кремниевые технологии хорошо изучены в микроэлектронной промышленности. Кристаллические элементы на основе р-п-перехода известны уже более полвека [15], их КПД достигает 24,5 %, а срок службы - более 25 лет.

Главное достоинство кристаллического арсенида галлия (ОаАэ) и сплавов на его основе для солнечной энергетики [16, 17] - широкий диапазон возможностей изменения структуры солнечного элемента (сплавы ОаАэ с алюминием, фосфором или индием расширяют возможности при проектировании элементов), что в солнечных элементах ограничено допустимым уровнем легирования. Также интересным направлением использования арсенида галлия в качестве одного или нескольких компонентов являются каскадные солнечные элементы. Эффективность преобразования таких солнечных элементов достигает 32% [11].

Основным недостатком кристаллических и ваАэ солнечных элементов является их высокая стоимость, обусловленная использованием сверхчистого полупроводника и сложностью технологии производства этих элементов [3, 10]. К тому же из-за слабого поглощения солнечного излучения кристаллическими материалами, приходится увеличивать толщину рабочего слоя до 250400 мкм, а это ещё повышает стоимость элемента.

Объём производства электроэнергии с использованием кремниевых элементов в последние годы стремительно растёт. В США и Европе 1 кВт-ч энергии, полученной от солнечных элементов, стоит около 30 центов, что в 3-5 раз больше, чем тарифная ставка за 1 кВт-ч энергии, поставляемой от тепловых и атомных электростанций [19].

В последнее время большое внимание уделяется тонкоплёночным солнечным элементам (толщина фотоактивного слоя ~ 0,5-5 мкм) на основе гомо-и гетероперехода [3, 12], использующие такие материалы, как аморфный кремний (a-Si) и поликристаллические плёнки (CIGS, CdTe). Доля тонкоплёночных солнечных элементов в общемировом объёме производства составляет приблизительно 10 %. Интерес к данным элементам вызван меньшим расходом материалов и, как следствие, меньшей их стоимостью. Сейчас стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, производимой тонкоплёночными солнечными элементами, оценивается в 15 центов [19]. К недостаткам тонкопленочных элементов можно отнести более низкий КПД по сравнению с кристаллическими элементами и использование токсичных материалов (Cd).

Среди солнечных элементов особое место занимают элементы, использующие тонкие пленки как неорганических, так и органических материалов [1214, 18], конструкции которых не содержат полупроводникового р-п-перехода. К таким элементам относятся полностью органические солнечные элементы и фотоэлектрохимические сенсибилизированные красителем солнечные элементы (СКСЭ). Большой интерес к данным солнечным элементам в настоящее время обоснован их низкой стоимостью. Согласно расчетам, стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, производимой органическими элементами и СКСЭ, должна составить 1-2 цента [19]. Низкая стоимость этих элементов связана в первую очередь с простой технологией изготовления и малыми затратами на их производство. Существенным недостатком органических солнечных элементов и СКСЭ является относительно невысокий КПД.

Таким образом, основными задачами развития солнечных элементов являются уменьшение их стоимости и увеличение КПД. Необходимо также увеличить надежность и время работы этих устройств. Основные исследовательские усилия в ближайшее время должны быть сконцентрированы на решении следующих проблем:

1) создание материалов, способных к поглощению большего количества падающего света за счёт интеграции в одном элементе набора фоточувстви-

16

тельных слоев с различной шириной запрещенной зоны или различными спектрами поглощения;

2) максимизация переноса заряда: в элементах на основе наночастиц и красителей перенос заряда в фотоактивном слое по направлению к электроду требует достаточно близкого расположения наночастиц друг к другу (активный слой должен иметь оптимальную пористость), а также стабильного электролита для эффективного переноса заряда;

3) гарантия большого срока службы (долговечности) элемента (до 10-15 лет) за счет правильной интеграции фотоактивного материала, структур переноса заряда и электродов в одном приборе.

1.2 Физические принципы построения фотоэлектрохимических солнечных элементов

В 1839 году французский физик Э. Беккерель заметил генерацию электрического тока при освещении платиновых электродов покрытых галогенидом серебра (AgCl, AgBr) и погружённых в раствор электролита (электрохимическая ячейка) [20, 21]. Это было первым наблюдением фотоэлектрического эффекта, лежащего в основе работы всех солнечных элементов. Существенный прогресс и интенсивные исследования фотоэлектрохимических солнечных элементов начались в 60-70-х годах XX века в Bell Laboratories (США), вскоре после изобретения кремниевого солнечного элемента на основе р-n перехода. В. Браттейн и К. Гаррет (сотрудники Bell Laboratories) исследовали физику контакта полупроводник / электролит при освещении. Развитие фотоэлектрохимических элементов было связано с поиском новых более дешёвых способов преобразования энергии и стимулировалось энергетическим кризисом 70-х годов. Последующие работы [22-25] немецких (X. Геришера, Р. Мемминга) и российских ученых (В.А. Мямлина, Ю.В. Плескова) привели к фундаментальному пониманию поведения полупроводниковых электродов и принципов фотоэлектрохимических элементов.

Традиционно конструкция фотоэлектрохимического солнечного элемента состоит из фотоактивного (фоточувствительного) полупроводникового электрода (п- или р-типа) и каталитического металлического (платина, золото) или углеродного (графит) инертного противоэлектрода, а также находящихся в соприкосновении с ними раствора электролита (преимущественно неводного) с ионной проводимостью (рисунок 1.1) [13, 25-30].

Подложкой для электродов обычно служит стекло, покрытое тонкой пленкой прозрачного проводящего оксида (ТСО) [25-27]. Оба этих электрода погружаются в электролит, содержащий подходящую обратимую окислительно-восстановительную пару. В процессе работы на электродах протекает одна и та же реакция (например, в прямом направлении на фотоэлектроде и обратном - на противоэлектроде), а состав электролита в целом остаётся постоянным. При этом электроды, помимо избирательной чувствительности только к одной из форм ионов в электролите (окислителю или восстановителю), должны быть инертными, т.е. не осуществлять перехода ионов из электрода в электролит, и служить в качестве проводящей фазы. Результатом работы фотоэлектрохимического солнечного элемента является преобразование солнечного излучения в электрическую энергию [25, 28-30].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Саенко, Александр Викторович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев В.М. Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии // Соросовский образовательный журнал, 1996. -№ 7. - С. 93-98.

2. Гвоздкова И.А., Паращук Д.Ю. Солнечная энергетика: подрастающий игрок. - М: Химия и жизнь, № 3, 2007. - С. 6-9.

3. Афанасьев В.П., Теруков Е.И., Шерченков A.A. Тонкопленочные солнечные элементы на основе кремния. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. - 168 с.

4. Голицын М.В., Голицын A.M., Пронина Н.В. Альтернативные энергоносители. - М.: Наука, 2004. - 159 с.

5. Паносян Ж. Передовые технологии и стратегия использования солнечной энергии // Альтернативная энергетика и экология, 2006. - № 1(33) - С. 42-44.

6. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. - Л: Наука, 1989. -310с.

7. Наумов A.B. Производство фотоэлектрических преобразователей и рынок кремниевого сырья в 2006-2010 гг. // Материалы электронной техники: Изв. ВУЗов, 2006. - № 2. - С. 29-35.

8. Сычёв В.В. Нанотехнологии для энергосбережения: прогноз наиболее значимых областей исследования. - М: Российский химический журнал (журнал Российского химического общества им. Д.И.Менделеева), 2008. - Т. LII, № 6.-С. 118-128.

9. Андрюшин Е.А., Силин А.П. Физические проблемы солнечной энергетики // Успехи физических наук, 1991. - Т. 161, № 8. - С. 129-139.

10. Тихонов A.B., Тюхов И.И., Юферев Л.Ю., Шахраманьян М.А. Технологии возобновляемой (солнечной) энергетики. - М: НПО «СОДИС», 2009. -69 с.

11. Martin A. Green, Keith Emery, Yoshihiro Hishikawa, Wilhelm Warta. Solar Cell Efficiency Tables (Version 37) // Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2011. - P. 84-92.

12. Мейтин M. Фотовольтаика: материалы, технологии, перспективы. -М: Электроника: наука, технология, бизнес, 2000. - № 6. - С. 40-46.

13. Antonio Luque, Steven Hegedus. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. - England, 2003. - P. 1115

14. Паращук Д.Ю., Кокорин А.И. Современные фотоэлектрические и фотохимические методы преобразования солнечной энергии. - М: Российский химический журнал, 2008. - Т. LII, № 6. - С. 107-117.

15. Глиберман А.Я, Зайцева А.К. Кремниевые солнечные батареи. - М: Госэнергоиздат, 1961. - 72 с.

16. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // Физика и техника полупроводников, 2004. - Т. 38, вып. 8. - С. 937-948.

17. Андреев В.М. Гетероструктурные солнечные элементы // Физика и техника полупроводников, 1999. - Т. 33, вып. 9. - С. 1035-1038.

18. Трошин П.А., Любовская Р.Н., Разумов В.Ф. Органические солнечные батареи: структура, материалы, критические параметры и перспективы развития // Российские нанотехнологии, 2008. - Т. 3, № 5-6. - С.

19. Алдошин С. Источники энергии. Инновации в мире энергетики. -М.: Химический журнал, 2008. - С. 36-40.

20. Bruce Parkinson. An overview of the progress in photoelectrochemical energy conversion // Journal of Chemical Education, 1983. - Vol. 60, № 4. - P. 338340.

21. Батенков В.А. Электрохимия полупроводников: учеб. пособие. -Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2002. - 162 с.

22. Gerischer Н., Spitler М.Т., Willig F. Electrode processes / Ed. by Bruckenstein S. - Princeton, N.Y.: The Electrochemical Society, 1980. - P. 115-135.

23. Геришер X. Преобразование солнечной энергии. - М.: Энергоиздат, 1982.-320 с.

24. Груевич Ю.Я., Плесков Ю.В. Фотоэлектрохимия полупроводников. -М.: Наука, 1983.-312 с.

25. Плесков Ю.В. Фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии. - М: Химия, 1990. - 176 с.

26. Nozik A.J. Photoelectrochemical cells // Philosophical transactions of the royal society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 1980. - P. 453-470.

27. Archer M.D., Nozik A.J. Series on photoconversion of solar snergy - vol. 3. Nanostructured and photoelectrochemical systems for solar photon conversion. -London: Imperial College Press, 2008 - P. 760

28. Иваненко E.A., Курко C.H., Марончук И.Е., Одинцов В.В. Фотоэлектрохимические преобразователи солнечной энергии с электродом из пористого кремния // Вестник ХГТУ. Инженерные науки, 1998. - № 2(4). - С. 278-280.

29. Di Wei, Gehan Amaratunga. Photoelectrochemical cell and its applications in optoelectronics // Int. J. Electrochem. Sci., 2007. - Vol. 2. P. 897-912.

30. Аракелян B.M., Арутюнян B.M., Шахназарян Г.Э., Степанян Г.М, Оганесян А.Р. Фотоэлектрохимическое получение водорода с использованием маталлоксидных полупроводниковых электродов // Альтернативная энергетика и экология, 2006. - № 11 (43). - С. 78-84.

31. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия. Электрохимия: учеб. пособие для хим. фак. ун-тов. - М.: Высш. шк., 1987. - 295 с.

32. Арутюнян В.М. Физические свойства границы полупроводник -электролит // Успехи физических наук, 1989. - Т. 158, вып. 2. - С. 255-291.

33. Зенин Г.С., Коган В.Е., Пенкина Н.В. Физическая химия: часть 4. Электрохимия. - СПб: СЗТУ, 2004. - 107 с.

34. Уэйн Р. Основы и применения фотохимии. - М: Мир, 1991. - 304 с.

35. Tom Markvart, Luis Castaner. Practical Hundbook of Photovoltaics Fundamentals and Applications // Elsevier Science Ltd., 2003. - P. 1015.

148

36. Ming X. Tan, Paul E. Laibinis, Sonbinh T. Nguyen, Janet M. Kesselman, Colby E. Stanton, Nathan S. Lewis. Principles and applications of semiconductor photoelectrochemistry // Progress in Inorganic Chemistry, 1994. - Vol. 41. - P. 21144.

37. Аракелян B.M., Арутюнян B.M., Шахназарян Г.Э., Степанян Г.М, Оганесян А.Р. Фотоэлектрохимическое получение водорода с использованием металлоксидных полупроводниковых фотоэлектродов // Альтернативная энергетика и экология, 2006. - № 11 (43). - С. 78-84.

38. Md. К. Nazeeruddin, Etienne Baranoff, Michael Gratzel. Dye-sensitized solar cells: A brief overview // Solar Energy, 2011. - Vol. 85. - P. 1172-1178.

39. Kalyanasundaram. K. Dye sensitized solar cells. - Lausanne: EPFL Press, 2010.-P.

40. Артемьев Ю.М., Рябчук B.K. Введение в гетерогенный фотокатализ: учеб. пособие. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та., 1999. - 304 с.

41. Jacques E. Moser, Bonnote P., Gratzel M. Molecular photovoltaics // Coordination chemistry reviews, 1998. - Vol. 171. - P. 245-250.

42. Шека Е.Ф., Заец B.A. О донорно-акцепторном взаимодействии и передаче электрона на границе раздела окись титана - органический краситель // Физика твердого тела, 2007. - Т. 49, вып. 10. - С. 1909-1913.

43. Gnaser H., Huber В., Ziegler С. Encyclopedia of nanoscience and nano-technology. Nanocrystalline Ti02 for photocatalysis / Edited by Nalwa H.S. // American Scientific Publishers, 2004. - Vol. 6. - P. 505-535.

44. Теренин A.H. Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений. - Л.: Наука, 1967. - 616 с.

45. Земский В.И., Колесников Ю.Л., Мешковский И.К. Физика и техника импульсных лазеров на красителях. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2005. - 176 с.

46. Fan-Tai Kong, Song-Yuan Dai, and Kong-JiaWang. Review of Recent Progress in Dye-Sensitized Solar Cells // Hindawi Publishing Corporation Advances in OptoElectronics, 2007. - Vol. 7. - P. 1-13

47. Gratzel M. Review. Dye-sensitized solar cells // Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 2003. - Vol. 4. - P. 145-153.

48. Остафшчук Б.К., Миронюк 1.Ф., Коцюбинський B.O., Глуханюк В.Д., Челядин B.JI., Напрна H.I. Сонячш елементи на 0CH0Bi сенсибиизованих барвинками нашвпровщниюв (огляд) // Ф13ИКАIХ1М1Я ТВЕРДОГО TIJIA, 2008. -Т. 9,№ 1-С. 11-18.

49. Brabec C.J., Dyakonov V., Parisi J., Sariciftci N.S. Organic Photovoltaics: Concepts and Realization // Springer, 2002. - P. 297.

50. O'Regan В., Gratzel M. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal Ti02 films // Nature (London), 1991. - Vol. 335. - P. 737742.

51. A. Hagfeldt, G. Boschloo, L. Sun, L. Kloo, H. Pettersson. Dye-Sensitized Solar Cells // Chem. Rev., 2010 - Vol. 110. - P. 6595-6663.

52. J.A.M. van Roosmalen. Molecular based consepts in PV towards full spectrum utilization // Физика и техника полупроводников, 2004. - Т. 38, вып. 8. -С. 1007-1012.

53. Leonid A. Kosyachenko. Solar Cells - Dye-Sensitized Devices / Edited by Leonid A. Kosyachenko. - InTech, 2011. - P. 492.

54. Саенко A.B. Принципы работы и структура сенсибилизированных красителем солнечных элементов // 16-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2009». - М.: МИЭТ, 2009 - С. 94.

55. Пугачевский М.А. Морфологические и фазовые изменения аблиро-ванных частиц ТЮ2 при термическом отжиге // Письма в ЖТФ, 2012. - Т. 38, вып. 7. - С. 56-63.

56. Linyun Liang, Songyuan Dai, Linhua Hu, Fantai Kong, Weiwei Xu, Kongjia Wang. Porosity Effects on Electron Transport in Ti02 Films and Its Application to Dye-Sensitized Solar Cells // J. Phys. Chem. B, 2006. - Vol. 110. - 1240412409.

57. N.-G. Park, J. van de Lagemaat, A. J. Frank. Comparison of Dye-Sensitized Rutile- and Anatase-Based Ti02 Solar Cells // J. Phys. Chem. B, 2000. -Vol. 104.-P. 8989-8994.

58. Ashi Ofir, Snir Dor, Larisa Grinis, Arie Zaban, Thomas Dittrich, Juan Bisquert. Porosity dependence of electron percolation in nanoporous Ti02 layers // The Journal of Chemical Physics, 2008. - Vol. 128. - P. 1-9.

59. Юрре T.A., Рудая Л.И., Климова И.В., Шаманин В.В. Органические материалы для фотовольтаических и светоизлучающих устройств // Физика и техника полупроводников, 2003. - Т. 37. - С. 835-842.

60. Janne Halme. Dye-sensitized nanostructured and organic photovoltaic cells: technical review and preliminary tests. Dissertation. Helsinki, 2002.

61. Pagliaro M., Palmisano G., Ciriminna R. Working principles of dye-sensitised solar cells and future applications // Photovoltaics International, 2008. - P. 47-50.

62. Gerrit Boschloo, Anders Hagfeldt. Characteristics of the Iodide/Triiodide Redox Mediator in Dye-Sensitized Solar Cells // Accounts of chemical research, 2009.-Vol. 42, №11.-P. 1819-1826.

63. A. Hagfeldt, M. Gratzel. Molecular Photovoltaics // Acc. Chem. Res, 2000.-Vol. 33.-269-277.

64. Laura L. Tobina, Thomas O'Reillya, Dominic Zerullaa, John T. Sheridan. Characterising dye-sensitised solar cells // Optik, 2011. - Vol. 122. - P. 1225-1230.

65. Liyuan Han, Ashraiul Islam, Naoki Koide, Ryohsuke Yamanaka. Alternative technology enables large-area solar-cell production // SPIE Newsroom, 2009. -P. 1774-1776.

66. Парфенов B.A. Лазерная микрообработка материалов: учеб. пособие. - СПб.: изд-во. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. - 59 с.

67. Яковлев Е.Б., Шандыбина Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Конспект лекций. Часть II. Лазерный нагрев и разрушение материалов, под общей редакцией В.П. Вейко - СПб: СПбГУ ИТ-МО, 2011.-184 с.

г

68. Compaan A.D., Matulionis I., Nakade S. Laser scribing of polycrystalline thin films // Optics and Lasers in Engineering, 2000. - Vol. 34. - P. 15-45.

69. Myung Soon Lee, Ik Chan Cheon, and Yeong И Kim. Photoelectrochemi-cal Studies of Nanocrystalline Ti02 Film Electrodes // Bull. Korean Chem. Soc., 2003. - Vol. 24, №8.-1155-1162.

70. Kee Eun Lee, Cecile Charbonneau, Guobin Shan, George P. Demopoulos, Raynald Gauvin. Nanocrystalline Ti02 thin film electrodes for Dye-sensitized solar cell applications // Materials in clean power systems, 2009. - Vol. 61, № 4. - P. 5256.

71. Горенберг А.А., Костров A.H., Саркисов O.M., Надточенко В.А., Ни-кандров В.В. Каталитические реакции на поверхности мезопористых плёнок диоксида титана с иммобилизованной гидрогеназой // ТРУДЫ МФТИ, 2009. -Т. 1,№ 1.-С. 41-45.

72. Елютин А.В., Назаров Ю.Н. Исследование и создание технологии нанодисперсного диоксида титана для разработки опытного образца солнечного элемента на оксидном полупроводнике // Альтернативная энергетика и экология, 2006. - № 7 (39). - С. 67-68.

73. К. D. Benkstein, N. Kopidakis, J. van de Lagemaat, and A. J. Frank. Influence of the Percolation Network Geometry on Electron Transport in Dye-Sensitized Titanium Dioxide Solar Cells // J. Phys. Chem. B, 2003 - Vol. 107. - P. 7759-7767.

74. Th. Dittricha, A. Ofir, S. Tirosh, L. Grinis, A. Zabana. Influence of the porosity on diffusion and lifetime in porous Ti02 layers // Applied Physics Letters, 2006.-Vol. 88.-P. 1-3.

75. H. Kim, A. Pique, G.P. Kushto, R.C.Y. Auyeung, S.H. Lee, C.B. Arnold, Z.H. Kafafi. Dye-sensitized solar cells using laser processing techniques // SPIE's LASE, 2004.-P. 1-9.

76. H. Kim, G. P. Kushto, С. B. Arnold, Z. H. Kafafi, A. Pique. Laser processing of nanocrystalline Ti02 films for dye-sensitized solar cells // Applied Physics

Letters, 2004. - Vol. 85, № 3. - P. 464-466.

152

77. H. Kim, R.C.Y. Auyeung, M. Ollinger, G.P. Kushto, Z.H. Kafafi, A. Pique. Laser-sintered mesoporous Ti02 electrodes for dye-sensitized solar cells // Appl. Phys. A, 2006. - Vol. 83. - P. 73-76.

78. G. Mincuzzi, L. Vesce, A. Reale, A. Di Carlo, Т. M. Brown. Efficient sintering of nanocrystalline titanium dioxide films for dye solar cells via raster scanning laser // Applied Physics Letters, 2009. - Vol. 95. - P. 96-97.

79. Ming-Yi Pua, Jian-Zhang Chena, I-Chun Cheng. KrF excimer laser irradiated nanoporous Ti02 layers for dye-sensitized solar cells: Influence of laser power density // Ceramics International, 2013. - Vol. 39, Issue 6. - P. 6183-6188.

80. Junghwan Yoon, Minhea Jin, Myeongkyu Lee. Laser-Induced Control of Ti02 Porosity for Enhanced Photovoltaic Behavior // Advanced Materials, 2011. -Vol. 23.-P. 3974-3978.

81. Шабанов H.A., Попов B.B., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов: учеб. пособие. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. -309 с.

82. Суйковская Н.В. Химические методы получения тонких прозрачных пленок. - JI: Химия, 1971. - 200 с.

83. Seigo Ito, Peter Chen, Pascal Comte, Mohammad Khaja Nazeeruddin, Paul Liska, Peter Pechy, Michael Gratzel. Fabrication of Screen-Printing Pastes From Ti02 Powders for Dye-Sensitised Solar Cells // Prog. Photovolt: Res. Appl., 2007. -P. 768-788.

84. Greg P. Smestad. Education and solar conversion: Demonstrating electron transfer // Solar Energy Materials and Solar Cells, 1998. - Vol. 55. - P. 157-178.

85. K.R. Patil, S.D. Sathaye, Y.B. Khollam, S.B. Deshpande, N.R. Pawaskar, A.B. Mandale. Preparation of Ti02 thin films by modified spin-coating method using an aqueous precursor // Materials Letters, 2003. - Vol. 57. - P. 1775-1780.

86. Young Sam Jin, Kyung Hwan Kim, Hyung Wook Choi, Sang Joon Park, Ji Hyeon Kim. Properties of Ti02 Films Prepared for Use in Dye-sensitized Solar Cells by Using the Sol-gel Method at Different Catalyst Concentrations // Journal of the Korean Physical Society, 2010. - Vol. 57, №. 4. - P. 1049-1053.

1Э.Э

87. Liliana Rodriguez Paez, Josef Matousek. Properties of sol-gel Ti02 layers on glass substrate // Ceramics - Silikaty, 2004. - Vol. 48 (2). - P. 66-71.

88. Jason Bandy, Qifeng Zhang, Guozhong Cao. Electrophoretic Deposition of Titanium Oxide Nanoparticle Films for Dye-Sensitized Solar Cell Applications // Materials Sciences and Applications, 2011. - Vol. 2. - P. 1427-1431.

89. Najla Ghrairi, Mongi Bouaicha. Structural, morphological, and optical properties of Ti02 thin films synthesized by the electrophoretic deposition technique // Nanoscale Research Letters, 2012. - P. 357-364.

90. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей: пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 360 с.

91. Sodergren S., Hagfeldt A., Olsson J., Lindquist S.E. Theoretical models for the action spectrum and the current-voltage characteristics of microporous semiconductor-films in photoelectrochemical cells // J. Phys. Chem., 1994. - № 98. - P. 5552-5556.

92. S. Wenger, M. Schmid, G. Rothenberger, M. Gratzel, J.O. Schumacher. Model-based optical and electrical characterization of dye-sensitized solar cells // Preprint - 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 2009.-P. 16-21.

93. Nithyanandam K., Pitchumani R. Analysis and design of dye sensitized solar cells // Proceedings of the 14th International Heat Transfer Conference (IHTC14), 2010. - P. 1-8.

94. J. Gong, K. Sumathy. A theoretical study on third generation photovoltaic technology: dye-sensitized solar cells // International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ'12), 2012. - P. 71-74.

95. Meng Ni, Michael K.H. Leung, Dennis Y.C. Leung. Theoretical modelling of the electrode thickness effect on maximum power point of dye-sensitized solar cell // The Canadian journal of chemical engineering, 2008. - Vol. 86. - P. 35-42.

96. Marko Topic, Andrej Campa, Miha Filipic, Marko Berginc, Ursa Opara Krasovec, Franc Smole. Optical and electrical modelling and characterization of dye-sensitized solar cells // Current Applied Physics, 2010. - Vol. 10. - P. 425-430.

154

97. Juan A. Anta, Fabiola Casanueva, Gerko Oskam. A Numerical Model for Charge Transport and Recombination in Dye-Sensitized Solar Cells // J. Phys. Chem. B, 2006. - Vol. 110. - P. 5372-5378.

98. Adrian Neculae, Marius Paulescu, Dan Curticapean. Modeling and numerical simulation of the transport processes inside DSSC using a monodomain approach // Photonics for Solar Energy Systems, 2008. - Vol. 7. - P. 1-8.

99. Meng Ni, Michael K.H. Leung. Theoretical modeling of Ti02/TC0 interfacial effect on dye-sensitized solar cell performance // Solar Energy Materials &. Solar Cells, 2006. - Vol. 90. - P. 2000-2009.

100. Малюков С.П., Куликова И.В., Саенко A.B. Модель солнечного элемента сенсибилизированного красителем на основе ТЮ2 // 14-я научная молодёжная школа «Физика и технология микро- и наносистем»: тезисы докл. -Санкт-Петербург, «ЛЭТИ», 2011. - С. 83.

101. Саенко А.В. Разработка численной модели солнечного элемента на основе нанопористого диоксида титана // Сборник научных работ финалистов международного молодежного конкурса «Студент и научно-технический прогресс». - Ростов н/Д: изд-во ЮФУ, 2012. - С. 57-59.

102. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 488 с.

103. Sastrawan Ronald. Photovoltaic modules of dye solar cells. Dissertation. Freiburg, 2006.

104. Рындин E.A. Методы решения задач математической физики. - Таганрог: изд-во ТРТУ, 2003. - 120 с.

105. Малюков С.П., Саенко А.В. Численное моделирование солнечных элементов на основе нанопористого диоксида титана // Международная научно-техническая конференция «Нанотехнологии-2012»: тезисы докл. - Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2012. - С. 116-117.

106. Малюков С.П., Куликова И.В., Саенко А.В. Программа численного моделирования фотоэлектрических характеристик и параметров сенсибилизи-

рованных красителем солнечных элементов // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2013615371 от 06.06.2013.

107. Greg P.Smestad. Reporting solar cell efficiencies in Solar Energy Materials and Solar Cells // Solar Energy Materials & Solar Cells, 2008. - Vol. 92. - P. 371-373.

108. Saenko A.V. Simulation of absorption solar radiation ТЮ2 film in dye-sensitized solar cell // German-Russian interdisciplinary workshop for students and young scientists «Nanodesign: Physics, Chemistry and Computer modeling». - Rostov-on-Don, Southern Federal University, 2010. - P. 24.

109. Потемкин В.Г. Система MATLAB. Справочное пособие. - M.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1997. - 350 с.

110. Малюков С.П., Саенко А.В. Моделирование поглощения солнечного излучения плёнкой ТЮ2 в сенсибилизированном красителем солнечном элементе // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Интеллектуальные САПР». - Таганрог, ТТИ ЮФУ, 2010. -№ 12. - С. 148-153.

111. Jao van de Lagemaat, Kurt D. Benkstein, Arthur J. Frank. Relation between Particle Coordination Number and Porosity in Nanoparticle Films: Implications to Dye-Sensitized Solar Cells // J. Phys. Chem. B, 2001. - Vol. 105, № 50. - P. 12433-12436.

112. Yang Huang, Songyuan Dai, Shuanghong Chen, Changneng Zhang, Yifeng Sui, Shangfeng Xiao, Linhua Hu. Theoretical modeling of the series resistance effect on dye-sensitized solar cell performance // Applied Physics Letters, 2009.-Vol. 95.-P. 95-97.

113. Малюков С.П., Куликова И.В., Саенко А.В. Моделирование влияния последовательного сопротивления на характеристики солнечных элементов на основе ТЮ2 // 19-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2012»: тезисы докл. - М.: МИЭТ, 2012. - С. 115.

114. Саенко А.В., Чуприн П.С. Численное моделирование характеристик и параметров сенсибилизированных красителем солнечных элементов // IX

156

Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН: тезисы докл. - Ростов н/Д: изд-во ЮНЦ РАН, 2013. -С. 151-152.

115. Малюков С.П., Саенко А.В., Рукавишникова А.С., Куликова И.В. Теоретическое исследование влияния толщины и структуры электрода ТЮ2 на фотоэлектрические характеристики солнечного элемента // Известия ЮФУ. Технические науки. - Таганрог, ТТИ ЮФУ, 2012. - № 1. - С. 63-71.

116. Hongliang Wang, Shan-Ting Hsu, Huade Tan, Y. Lawrence Yao. Predictive Modeling for Glass-Side Laser Scribing of Thin Film Photovoltaic Cells // Proceedings of NAMRI/SME, 2012. - Vol. 40. - P. 24-33.

117. http://www.solaronix.com/products/ (дата обращения: 14.08.2013).

118. Малюков С.П., Саенко А.В., Чуприн П.С. Исследование лазерного спекания пленки ТЮ2 в сенсибилизированных красителем солнечных элементах // 20-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2013». - М., МИЭТ, 2013.-С. 57.

119. Кривилев М.Д., Харанжевский Е.В., Гордеев Г.А., Анкудинов В.Е. Управление лазерным спеканием металлических порошковых смесей // Управление большими системами, 2010. - Вып. 31. - С. 299-322.

120. Marc Burgelman. Thin film solar cells by screen printing technology // Proceedings of the Workshop Microtechnology and Thermal Problems in Electronics, 1998.-P. 129-135.

121. Менушенков А.П., Неволин B.H., Петровский B.H. Физические основы лазерной технологии. Учебное пособие. - М.: НИЯУ МИФИ, 2010.-212 с.

122. Инструкция по эксплуатации LIMO 100-532/1064.

123. Старченко И.Б., Малюков С.П., Орда-Жигулина Д.В., Саенко А.В. Измерительный комплекс для лазерной диагностики биообъектов с использованием наночастиц на базе LIMO 100 // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии, 2013. - № 2 (22). - С. 166-172.

157

124. Куликова И.В., Саенко А.В. Разработка программного обеспечения для моделирования лазерных технологических операций // IX Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление»: тезисы докл. - Таганрог, ТТИЮФУ, 2011.-T. 1.-С. 168.

125. Куликова И.В., Клунникова Ю.В., Саенко А.В. Разработка программного обеспечения имитации процессов лазерной обработки // X Всероссийская конференция молодых ученых аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление». - Таганрог: изд-во ЮФУ, 2012.-Т. 3.-С. 159-161.

126. Jinjing Feng, Jixiang Yan, Shouhuan Zhou. Dynamic Behaviors of PbS Irradiated by Laser Pulse // Piers online, 2007. - Vol. 3, № 6. - 847-850.

127. Кузнецов Г.В., Шеремет H.А. Разностные методы решения задач теплопроводности: учеб. пособие. - Томск: изд-во ТПУ, 2007. - 172 с.

128. Takahiro Nakamura, Mitsugu Arata, Hideyuki Takahashi, Katsutoshi Yamamoto, Nobuaki Sato, Atsushi Muramatsu, Eiichiro Matsubara. Partial Sulfuriza-tion of Laser-ablated Titanium Oxide Film for the Improvement in Photocatalytic Property // Materials Transactions, 2003. - Vol. 44, № 4. - P. 685-687.

129. S. Murugesan, P. Kuppusami, N. Parvathavarthini, E. Mohandas. Pulsed laser deposition of anatase and rutile Ti02 thin films // Surface & Coatings Technology, 2007.-Vol. 201. - P. 7713-7719.

130. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. - М.: КомКнига, 2006. - 592 с.

131. Герасименко Ю.В., Логачева В.А., Ховив A.M. Свойства и синтез тонких пленок диоксида титана // Конденсированные среды и межфазные границы, 2010. - Т. 12, № 2. - С. 113-117.

132. Исакова О.П., Тарасевич Ю.Ю. Обработка и визуализация данных физических экспериментов с помощью пакета Origin. Учебно-методическое пособие. - Астрахань, 2007. - 67 с.

к

133. Г.К. Ельяшевич, И.С. Курындин, В.К. Лаврентьев, А.Ю. Бобровский, V. Bukosek. Пористая структура, проницаемость и механические свойства микропористых пленок из полиолефинов // Физика твердого тела, 2012, том 54, вып. 9 1787- 1796

134. А.К. Штольц, А.И. Медведев, Л.В. Курбатов. Рентгеновский фазовый анализ. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. - 24 с.

135. О. Van Overschelde, G. Guisbiers, M. Wautelet. Nanocrystallization of Anatase or Rutile Ti02 by Laser Treatment // J. Phys. Chem. C, 2009. - Vol. 113. -P. 15343-15345.

136. M. M. Hasan, A. S. M. A. Haseeb, R. Saidur, and H. H. Masjuki. Effects of Annealing Treatment on Optical Properties of Anatase Ti02 Thin Films // International Journal of Chemical and Biological Engineering, 2008. - P. 92-96.

137. G. Liang, J. Xu, W. Xu, X. Shen, H. Zhang, M. Yao. Dye-sensitized nanocrystalline Ti02 films based on Pechini sol-gel method using PEG with different molecular weights // Journal of optoelectronics and advanced materials, 2010. - Vol. 12, №8.-P. 1758-1764.

138. Z. Kulesius, I. Ancutiene, E. Valatka. Kinetics of photoelectrochemical oxidation of some aliphatic alcohols using Ti02 and Ag/Ti02 coatings on stainless steel // Chemine Technologija, 2009. -№ 2 (51). - P. 69-74.

139. Спектрофотометр СФ-26. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

140. Малюков С.П., Саенко А.В. Исследование спектра поглощения красителя эозина для применения в солнечных элементах на основе ТЮ2 // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Нанотехнологии». - Таганрог, ТТИ ЮФУ, 2011. -№ 4. - С. 98-102.

141. Dennis Friedrich. A study of charge transfer kinetics in dye-sensitized surface conductivity solar cells: Dissertation. Berlin, 2011.

142. Suresh Kumar Dhungel, Jesse G. Park. Optimization of paste formulation for Ti02 nanoparticles with wide range of size distribution for its application in dye sensitized solar cells // Renewable Energy, 2010. - Vol. 35. - P. 2776-2780.

159

143. Matthias Junghânel. Novel aqueous electrolyte films for hole conduction in dye sensitized solar cells and development of an electron transport model. Dissertation. Berlin, 2007.

144. Саенко A.B. Солнечные элементы на основе диоксида титана, сенсибилизированного органическим красителем эозином // Материалы научных работ «Неделя науки - 2009». - Таганрог, ТТИ ЮФУ, 2009. - С. 126-129.

145. M. Hossein Bazargan. Performance of nanostructured dye-sensitized solar cell utilizing natural sensitizer operated with platinum and carbon coated counter electrodes / Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 2009. - Vol. 4, № 4. -P. 723-727.