Προϋπάρχουσα Γνώση/ Τεχνογνωσία
- Ανάπτυξη αποδοτικών υβριδικών περοβσκιτικών απορροφητών με μειωμένη τοξικότητα με βάση μεικτά ανιόντα και κατιόντα καθώς και αντικατάσταση (μερική ή ολική) του μολύβδου.
- Χρήση εναλλακτικών μη τοξικών διαλυτών και πρόδρομων ενώσεων μολύβδου για την παρασκευή περοβσκιτικών υμενίων συμβατών με βιομηχανικές απαιτήσεις.
- Σταθεροποίηση περοβσκιτικών δομών με ενσωμάτωση λειτουργικών πρόσθετων και την εναπόθεση επιστρωμάτων (overlayers).
- Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός Φ/Β κελιών με αποδοτική μεταφορά φορτίων στις διεπιφάνειες ETL/περοβσκίτη και περοβσκίτη/HTM μέσω προσεγγίσεων διεπιφανειακής μηχανικής (interface engineering).
- Αξιολόγηση της συμπεριφοράς υλικών, Φ/Β κελιών και Φ/Β συστοιχιών μετά από θερμική και φωτεινή καταπόνηση καθώς και χαρτογράφηση με τεχνικές φασματοσκοπίας
Όργανα και Εξοπλισμός που θα συνεισφέρει στο Έργο
Το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος συμμετέχει στην κοινοπραξία με δύο εργαστήρια του Ινστιτούτου Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (NPSECEP και FAIR LAB).
1.Εργαστήριο Διεργασιών Νανοτεχνολογίας για την Μετατροπή της Ηλιακής Ενέργειας και την Προστασία του Περιβάλλοντος
Aνήκει στο Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (ΙΝΝ) του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος», https://inn.demokritos.gr/research_group/npsecsp). Η ερευνητική του δραστηριότητα επικεντρώνεται στη μελέτη νανοϋλικών, φωτοεπαγόμενων διεργασιών και διατάξεων νανοτεχνολογίας με ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική (φωτοβολταϊκά τρίτης γενιάς: ηλιακά κελιά περοβσκιτών, ευαισθητοποιημένων ημιαγωγών και κβαντικών τελειών). Στο συγκεκριμένο αντικείμενο το NPSECEP έχει δημιουργήσει αποδοτικές διεθνείς συνεργασίες με κορυφαίες ερευνητικές ομάδες και εταιρείες στο πλαίσιο ευρωπαϊκών έργων (HORIZON2020, FP7).
Ενδεικτικά το εργαστήριο NPSECEP διαθέτει τον παρακάτω εξοπλισμό:
- Εργαστηριακό θάλαμο (Glove Box) αδρανούς ατμόσφαιρας κατάλληλα εξοπλισμένο για παρασκευή υλικών και αποθέσεις λεπτών υμενίων ημιαγωγών (ανόργανων, οργανικών και υβριδικών) απουσία οξυγόνου και υγρασίας.
- Φασματοφωτόμετρο απορρόφησης υπεριώδους ορατού (HITACHI U 3010 UV Vis, εφοδιασμένο με σφαίρα ολοκλήρωσης) για την μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων.
- Μικροσκόπιο Ατομικών Δυνάμεων (AFM Digital Instruments) για τη μελέτη της μορφολογίας και της πολυπλοκότητας επιφανειών.
- Διάταξη μέτρησης γωνία επαφής (CAM) για την αξιολόγηση της υδροφιλικότητας επιφανειών λεπτών υμενίων.
- Διάταξη θερμικής εξάχνωσης για αποθέσεις ηλεκτροδίων Αu, Ag
- Φασματόμετρο micro Raman (Renishaw in Via Reflex, με 2 πηγές διέγερσης στα 514 και 785 nm). Δυνατότητα χαρτογράφησης υψηλής ανάλυσης (Raman, PL) για τη διερεύνηση της ομοιογένειας και των δομικών ατελειών υλικών και λεπτών υμενίων, καθώς και της σταθερότητας φωτοβολταικών διατάξεων (cells) και συστοιχιών (modules). Μελέτη (in situ και ex situ) υλικών και διατάξεων μετά από καταπόνηση (θερμική, φωτεινή, υγρασία) και γήρανση.
- Ηλεκτροχημικoί Σταθμοί AUTOLAB (2) και Ηλιακοί Προσομοιωτές (Solar Simulatorς) (2) για πλήρη χαρακτηρισμό και αξιολόγηση αποδόσεων φωτοβολταικών κελλιών (χαρακτηριστικές J−V, IPCE, EIS, IMPS, IMVS) ενός ήλιου (AM 1.5)
- Θάλαμος ταχείας γήρανσης δειγμάτων διατάξεων συστοιχιών, σε συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας εντάσεως 100 W/m2 ελεγχόμενης θερμοκρασίας έως 800C ATLAS Suntest CPS+
- Διατάξεις καθαρισμού υλικών και επιφανειών (Ultrasonicator, Uv ozone cleaner)
- Συσκευές εναπόθεσης με περιστροφή (spin coating systems)
- Φούρνοι για θερμική επεξεργασία υλικών σε ελεγχόμενη ή/και μεταβαλλόμενη θερμοκρασία
- Συνθετικό εργαστήριο ανόργανων/υβριδικών υλικών και ημιαγωγών πλήρως εξοπλισμένο, με κατάλληλους εργαστηριακούς πάγκους. και απαγωγούς αερίων.
2.Εργαστήριο Φωτοβολταικών και Οπτοηλεκτρονικών Υλικών και Διατάξεων
ανήκει στο Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας του ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος (https://inn.demokritos.gr/research_group/pomd/). Η έρευνα που διεξάγεται στο εργαστήριο εστιάζεται στην ανάπτυξη φωτοβολταϊκών και οπτοηλεκτρονικών διατάξεων που βασίζονται σε ανόργανους και υβριδικούς (οργανικούς ανόργανους) ημιαγωγούς. Οι ημιαγωγοί αυτοί είναι είτε μεταλλικά (Pb, Sn) ιωδίδια ή σουλφίδια σε δομή περοβσκίτη (CsPbI3, BaZrS3), είτε χαλκογενίδια σε διάφορες δομές και διαστάσεις (Sb2S3, AgBiS2). Πρόκειται για ένα νέο, πλήρως εξοπλισμένο εργαστηριακό χώρο με απαγωγούς αερίων κα συνήθεις εργαστηριακούς πάγκους, με υποδομές αξίας >700Κ euros.
Ενδεικτικά το εργαστήριο FAIR LAB διαθέτει τον παρακάτω εργαστηριακό εξοπλισμό:
- Φασματοφωτόμετρο απορρόφησης ορατού υπεριώδους UV Vis έως τα 900 nm (Agilent Technologies
Cary 60), - Φασματοφωτόμετρο εκπομπής φωταύγειας (Horiba FluoroMax Plus), με ολοκληρωτική σφαίρα (F3029 Quanta φ integrating sphere) και λειτουργία μέτρησης χρονοεξαρτώμενης φωταύγειας με παλμικό λέιζερ 404nm.
- Εξομοιωτή ηλιακής ακτινοβολίας με συνθήκες προσπίπτουσας ακτινοβολίας ΑΜ1.5 (Wavelabs Sinus7) με πλήρες σύστημα καταγραφής χαρακτηριστικών πυκνότητας ρεύματος − τάσης (J−V) των φωτοβολταϊκών κυψελίδων στο φως και στο σκοτάδι (Ossila Solar Cell I V Test System).
- Για τον φωτοηλεκτροχημικό χαρακτηρισμό των ηλιακών κυψελίδων, συσκευή για μεταβατικές φωτοηλεκτροχημικές τεχνικές απόκρισης συχνότητας, όπως φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής εμπέδησης (EIS), και δυνατότητα μέτρησης της απόσβεσης φωτοτάσεως (photovoltage decay) (Fluxim Paios),
- Θάλαμος ταχείας γήρανσης ηλιακών κυψελίδων σε συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας εντάσεως έως 2 ήλιους και θερμοκρασίας έως 800C (Fluxim Litos).Μικροσκόπιο ατομικών δυνάμεων για μετρήσεις μορφολογίας και επιφανειακής τάσης (NT MDT Solver Nano),
- Οπτικό μικροσκόπιο (Nikon Eclipse Ci),
- Συσκευή μέτρησης υδροφιλικότητας δειγμάτων από τη γωνία επαφής (contact angle measurement) (Ossila Contact Angle Goniometer L2004A1),
- Θάλαμοι εργασίας (3) ατμόσφαιρας αζώτου, μηδενικού οξυγόνου και υγρασίας (Mbraun UniLab Pro
Eco (2) και Jacomex GP(Campus)), - Συσκευή εξάχνωσης για τη δημιουργία ηλεκτροδίων (Inertgas Systems ProVap Evaporation System),
- Σύστημα ανάλυσης για τον χαρακτηρισμό θερμικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων λεπτών υμενίων (Linseis Thin Film Analyzer),
- Συσκευές (3) εναπόθεσης με περιστροφή (spin coating) (Ossila E441 Spin Coater),
- Σύστημα καθαρισμού επιφανειών με πηγή UV O3 (NanoBioAnalytics UV Ozone Cleaner UVC 1014)
Ακόμη στο Ινστιτούτο ΙΝΝ του ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος έχει εξασφαλισθεί, στο πλαίσιο της πρότασης, άμεση πρόσβαση με ειδικευμένο προσωπικό στο χαρακτηρισμό Φ/Β υλικών/διατάξεων με Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (με EDX), HR TEM, Περίθλαση Aκτίνων Χ (XRD), Φωτοηλεκτρονιακή Φασματοσκοπία Ακτίνων Χ (XPS, UPS, ARPES), οπτικό προφιλόμετρο, φασματοφωτόμετρα FTIR, TGA και άλλα.