Zbornik sažetaka

Gorivni članci – status, pravci razvoja i perspektive

Frano Barbir
FESB, Sveučilište u Splitu

Gorivni članci su već dugo obećavajuća tehnologija za proizvodnju električne energije s visokom efikasnošću. Mogu se koristiti za snage od mW do MW u različitim primjenama – od zamjene za baterije to kogeneracije, ali njihova glavna primjena je za pogon automobila i drugih vozila (autobusa, kamiona, vlakova, brodova, itd.). Automobili na pogon gorivnih članaka su već nekoliko godina komercijalno raspoloživi, ali se još uvijek proizvode u jako malim serijama. Glavne prepreke široj primjeni gorivnih članaka su njihova cijena, trajnost i nepostojanje infrastrukture vodika. Stoga je budućnost gorivnih članaka vezana uz tranziciju k energetskom sustavu baziranom na obnovljivim izvorima energije u kojem bi vodik mogao služiti za skladištenje viškova energije i kao gorivo za automobile i druga vozila. Pravci razvoja uključuju razvoj komponenata gorivnih članaka (membrane, katalizatora, difuzora i bipolarnih ploča), novih dizajna sklopova i sustava, algoritama upravljanja, te dijagnostike, a sve u svrhu smanjenja cijene i povećanja trajnosti, te razvoj specifičan za pojedine aplikacije, uključujući i korištenje drugih goriva osim vodika.

Materijali za proizvodnju i pohranu vodika - novosti i perspektive

Nikola Biliškov
Institut Ruđer Bošković, Bijenička c. 54, 10000 Zagreb

Vodik se kroz zadnjih nekoliko desetljeća razmatra kao efikasan nosilac energije, koji je ključan za efikasnu implementaciju obnovljivih izvora energije. U punom smislu pojma, ekološki prihvatljiv vodik je samo onaj je u potzpunosti dobiven i iskorišten posredstvom bezugljičnih tehnologija. To posljedično znači da se vodik mora dobivati konverzijom sunčeve energije ili nekog drugog obnovljivog izvora u kemijsku energiju elektrolizom ili cijepanjem vode, te da se mora skladištiti energetski nezahtjevnim postupcima u ekološki prihvatljivim materijalima. Osim toga, upotreba vodika kao nosača energije omogućuje razvoj distribuiranog generiranja, što je konceptualno potpuno drukčija energetska infrastruktura od danas prevladavajuće centralizirane energetike. Iz tih zahtjeva i mogućnosti proizlaze problemi koji se rješavaju multidisciplinarnim naporima istraživača iz područja prirodnih i tehničkih, a posredno i društvenih znanosti. Sigurno je da bi puna implementacija vodikovih tehnologija imala dalekosežan utjecaj na industriju, pa i na društvo u cjelini. Predavač će dati pregled dosadašnjih istraživanja na tom polju, naročito onih koja se provode u Laboratoriju za kemiju čvrstog stanja i kompleksnih spojeva Instituta Ruđer Bošković u kontekstu međunarodnih trendova na tom polju.

Impedancija u dijagnostici degradacije membranskih gorivnih članaka

dr. sc. Ivan Pivac
Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje, R. Boškovića 32, 21000 Split

Primjenom elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS) moguće je dijagnosticirati degradaciju katalitičkog sloja membranskog gorivnog članka, uzrokovanu smanjenjem elektrokemijske aktivne površine, na osnovu usporedbe impedancijskih odzivnih spektara izmjerenih u određenim vremenskim intervalima tijekom njegovog rada. U tu svrhu, razvijen je nadomjesni impedancijski model u obliku električnog ekvivalentnog kruga s 11 elemenata i dvije tzv. rezonantne petlje, sastavljene od paralelno vezanih otpornika, kondenzatora i zavojnice, a koji je primijenjen tijekom ubrzanog degradacijskog testa s cikliranjem katodnog napona. Predloženi model je eksperimentalno verificiran u različitim radnim uvjetima, a obuhvaća i procese odgovorne za induktivnu značajku na niskim frekvencijama, te daje novi doprinos boljem razumijevanju ove pojave.

Načini pohrane vodika – pregled najznačajnijih materijala za skladištenje u čvrstom stanju

Igor Milanović
Institut Ruđer Bošković

Vodik je moguće pohraniti u sva tri osnovna agregatna stanja: plinovitom, tekućem i čvrstom stanju. Najčešće korišćeno rješenje do sada jeste pohrana u čeličnim bocama pod visokim tlakom. Uslijed mnogobrojnih nedostataka kao što su mali kapacitet pohrane vodika, sigurnosni rizici, itd. u zadnjih 20 godina su intenzivno ispitivani drugi načini pohrane. Pošto je pohrana vodika u tekućem obliku, zbog upotrebe kriogenih uvjeta (-252°C) veoma skupa, najatraktivniji način njegove pohrane danas je u čvrstom stanju, koji se ostvaruje posredstvom kemijskih interakcija. Prednosti ovog načina skladištenja su mnogobrojni: veliki gravimetrijski i volumetrijski udio vodika, reverzibilnost, sigurnost, relativno niska cijena, itd. Međutim, do dana današnjeg ni jedan materijal se nije u potpunosti izdvojio kao optimalan za ovu primjenu. Razlog tome su nedostaci i ograničenja, od kojih su najčešći: spora desorpcijska kinetika vodika, visoka temperatura desorpcije, smanjenje kapaciteta skladištenja tokom cikliranja, itd. U prezentaciji će predavač dati pregled najperspektivnijih materijala za pohranu vodika u čvrstom stanju. Također će biti spomenut način njihovog dobivanja kao i njihove prednosti i nedostaci.

Projekt PlasmaArt – primjena atmosferskog plazmenog mlaza u konzervaciji i restauraciji drvenih umjetnina

Nevena Krstulović¹, Domagoj Mudronja², Ana Bielen³, Ivana Bošnjak⁴ i Nikša Krstulović⁵
¹Hrvatski restauratorski zavod, Restauratorski odjel Rijeka, Užarska 26, 51000 Rijeka
²Hrvatski restauratorski zavod, Prirodoslovni laboratorij, Zmajevac 8, 10000 Zagreb
³Prehrambeno-biotehnološki fakultet, Laboratorij za biologiju i genetiku mikroorganizama, Pierottijeva 6, 10000 Zagreb
⁴Prirodoslovno-matematički fakultet, Biološki odsjek, Rooseveltov trg 6, 10000 Zagreb
⁵Institut za fiziku, Bijenička cesta 46, 10000 Zagreb

U ovome projektu proučavan je učinak atmosferskih plazmenih mlazeva (atmospheric pressure plasma jet, APPJ) na obradu drvenih umjetnina u smislu njihove konzervacije i restauracije. APPJ plazma bogata je hladnim reaktivnim elementima odgovornima za tretman materijala bez termalne štete [1,2]. APPJ su stoga vrlo povoljne za obredu termo-osjetljivih materijala kao što je drvo.
Ovo istraživanje uključuje primjenu APPJ za bezkontaktnu obradu površina drvenih umjetnina i njihove sterilizacije od mikroorganizama. Ova metoda komplementarna je standardnim metodama koje se koriste u konzervacijsko/restauratorskoj praksi a koje se temelje na uporabi kemikalija i kemijskih otapala, gamma-zraka i/ili mehaničke obrade. Metoda je ispitivana na djelovanje APPJ u svrhu dezinfekcije pozlaćenih drvenih test-pločica kontaminiranih gljivičnim micelijem - vrstama Coniophora puteana i Serpula lacrymans (uzročnci truleži drva). Plinovi korišteni za rad APPJ bili su Ar, He i mješavina Ar/O2. Prilikom obrade drvenih pločica APPJ-om praćeni su procesi međudjleovanja mlaza i metarijala pomoću optičke emisijske spektroskopije [3,4].
Dobivenio je da je Ar najučinkovitiji za sterilizaciju uzoraka jer gljivice nisu preživjele obradu što ovu metodu čini učinkovitom i usporedivu s standardnim metodama. No, prednost ove metode je da je površina pozlaćenih test-pločica ostala netaknuta, tj. bez vidljivih oštećenja, što često nije slučaj kod standardnih metoda. Detaljni rezultati ovog projekta objavljeni su u [5-7].

Zahvala: ovaj projekt financiran je od Zaklade Adris i manjim dijelom preko HrZZ projekta IP-11-2013-2753.

[1] M. Laroussi, T. Akan, Plasma Process. Polym. 2007, 4, 777
[2] R. Zaplotnik, M. Bišćan, N. Krstulović, D. Popović, and S. Milošević, Plasma Sources Sci. Technol. 24 (2015) 054004
[3] D. Vujošević, M. Mozetič, U. Cvelbar, N. Krstulović and S. Milošević, J. Appl. Phys. 101 (2007) 103305
[4] Nikša Krstulović, Irena Labazan, Slobodan Milošević, Uroš Cvelbar, Alenka Vesel and Miran Mozetič, J. Phys. D: Appl. Phys. 39 (2006) 3799–3804
[5] N. Krstulović, D. Mudronja, A. Bielen, I. Bošnjak, N. Krstulović, STERILIZATION OF WOODEN ARTIFACTS BY APPJ, 25th INTERNATIONAL SCIENTIFIC MEETING ON VACUUM SCIENCE AND TECHNIQUE, Book of Abstracts, 2018, Gozd Martuljek, Slovenia
[6] N. Krstulović, D. Mudronja, N. Krstulović, Tretament of wooden artifacts with atmospheric pressure plasma jet, 24th International Scientific Meeting on Vacuum Science and Technique, Book of Abstracts, 2017, Zadar, Croatia
[7] N. Krstulović, D. Mudronja, A. Bielen, I. Babić, N. Krstulović, THE PlasmaArt PROJECT – APPLICATION OF ATMOSPHERIC-PRESSURE PLASMA JETS IN CONSERVATION AND RESTORATION OF WOODEN ARTWORK, Portal, 2018, in press

Kapacitet voda za uzgoj riba

Tarzan Legović
Institut R. Bošković

Čovjek od davnina uzgaja ribe u slatkim vodama i moru. U zadnje vrijeme je potreba za kvalitetnom i zdravom ribom porasla višestruko. S jedne strane je to zbog porasta broja ljudi na zemlji, a s druge strane zato što je čovjek već izlovio dobar dio populacija riba u slatkim vodama, morima i oceanima. Stoga se za svaki dio mora i slatkih voda postavlja pitanje: koliko riba čovjek uopće može uzgajati u zadanom vodnom tijelu? Naime, što se više riba uzgaja, to raste eutrofikacija vodnog tijela a to znači i pojava "cvjetanja", što je uobičajeni naziv za razvoj gustih populacija algi koje mogu ubiti ribe direktno ili indirektno pojavom hipoksije.
U predavanju će biti obrazložena metoda kojom se može izračunati kapacitet vodnog tijela za uzgoj riba, odnosno najveća biomasa riba koju je moguće uspješno uzgojiti u zadanom vodnom tijelu.

Prototip kompaktnog detektora ionizirajućeg zračenja za dozimetriju u pulsnim poljima

Luka Pavelić¹, Igor Lacković², Marija Surić Mihić¹, Ivica Prlić¹
¹Institut za medicinska istraživanja i medicinu rada, Ksaverska cesta 2, Zagreb
²Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Unska 3,Zagreb, Hrvatska

Pulsna polja ionizirajućeg zračenja u širokoj su primjeni u medicini, ali mogu se pronaći i kod uređaja za testiranje materijala bez razaranja, akceleratorima itd. Tokom prethodnih godina pokazalo se kako aktivni elektronički dozimetri nemaju zadovoljavajuće performanse u pulsnim poljima. Većina suvremenih elektroničkih dozimetara baziraju se na energijski kompenziranim silicijskim diodama i Geiger-Muller cijevima te koriste algoritme koji broje impulse. Zbog prirode pulsnih polja, mrtvo vrijeme i saturaciju ovakvih detektora teško je kompenzirati. Mi pokušavamo riješiti ovaj problem koristeći silicijske fotomultiplikatore (SiPM) spojene na scintilacijski kristal. Silicijski fotomultiplikatori koriste matricu od više tisuća paralelno spojenih lavinskih dioda u geiger načinu rada. Ovakav detektor omogućuje nam uporabu drugačijih algoritama za dobivanje informacije o primljenoj dozi zračenja. Zbog velikog broja foto-dioda, nedostaci trenutnih aktivnih elektroničkih dozimetara uzrokovani mrtvim vremenom detektora mogu biti riješeni dok energijska diskriminacija detektora omogućuje krojenje proizvoljnog energijskog odziva. Na Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada razvili smo prototip detektora kako bi istražili njegove performanse u svrhe dozimetrije u impulsnim poljima. Naš detektor sastoji se od NaI(Tl) scintilacijskog kristala spojenog na SiPM čiji signal je pojačan i zatim snimljen koristeći brzi digitalizator pulsa za naknadnu analizu. Za analizu podataka napisali smo programe koji koriste različite algoritme za dobivanje podatka o primljenoj dozi. Prva mjerenja izvršena su koristeći izvor Cs-137 te su pokazala slaganje s komercijalno dostupnim dozimetrima.

Izrada fantoma za mamografiju

Mihaela Justić¹, Luka Pavelić¹, Marija Surić Mihić¹, Ivica Prlić¹
¹Institut za medicinska istraživanja i medicinu rada

U području medicinskog oslikavanja, fantom je posebno dizajniran objekt koji se skenira ili slika za procjenu, analizu i podešavanje performansi različitih uređaja. Jedna od uobičajenih primjena je procjena mamografskih sustava kroz različite protokole kontrole kvalitete. Danas postoje mnogi fantomi (komercijalni ili navedeni u literaturi), međutim, vrlo je teško naći fantom koji vjerno predstavlja tkivo dojke (sa ugrađenim svim njenim složenim strukturama), koji nije jako skup ili koji je jednostavan za uporabu. Ideja ovog projekta je dizajniranje realnog fantoma koji će predstavljati dojku, napravljenog od jeftinih i lako dostupnih materijala. Testirat će se prikladnost uporabe tog fantoma u našem programu osiguranja kvalitete, kao i provjeriti može li se koristiti i za 2D i 3D mamografiju. Izradili smo fantom s kućištem načinjenim od PMMA materijala i upotpunili ga različitim filamenatima. Fantom je do sada testiran na klasičnim FFDM i DBT sustavima kako bi se utvrdila prikladnost pojedinih materijala. Rezultati su obećavajući, ali predstoji dug put do finalnog modela fantoma.
Ključne riječi: mamografski fantom, 2D i 3D mamografija, kontrola kvalitete

Gospodarenje reziduima u Republici Hrvatskoj i što fizika ima s time

Ivica Prlić¹, Luka Pavelić¹, Marija Surić Mihić¹, Ana Mostečak², Želimir Veionović², Dario Perković², Indramani Sharma²
¹Institut za medicinska istraživanja i medicinu rada, Zagreb, Hrvatska
²Rudarsko naftno geološki fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Hrvatska

Rezidui su novi naziv za prirodno radioaktivne materijale koncentrirane industrijskim ili drugim aktivnostima i predstavljaju specifičnu kategoriju industrijskog nusproizvoda koja se ne vodi kao otpad u užem smislu, niti kao radioaktivni otpad. Hrvatska legislativa razlikuje prirodne izvore zračenja, te rezidue – materijale koji nastaju u industrijskim sektorima u kojima se uslijed tehnoloških procesa povećava koncentracija prirodnih radionuklida. U prezentaciji su navedene lokacije u Republici Hrvatskoj na kojima se nalaze postojeće odlagalište i odloženi rezidui, a dani su prijedlozi za gospodarenje takvim materijalima.
U Republici Hrvatskoj ne postoje lokacije na kojima se pojave prirodnih izvora ionizirajućeg zračenja, rezidua ili povećanih koncentracija radona mogu smatrati alarmantnim problemom, odnosno koje predstavljaju ozbiljan rizik za stanovništvo ili biotu, ali, uzme li se u obzir izloženost ljudi tim izvorima kroz duže vrijeme, odnosno konstantna ili česta povremena izloženost izvorima ionizirajućeg zračenja, moguće je očekivati i stohastičke utjecaje na ljudsko zdravlje, kao i utjecaj na biotu.
Način na koji bi se provele moguće potrebna mjere zaštite stanovništva i biote u Republici Hrvatskoj od ionizirajućeg zračenja porijeklom od prirodnih izvora, rezidua ili povećanih koncentracija radona, svakako uključuje dobro razrađen sustav sinergijskog informiranja o navedenim čimbenicima. To, između ostalog, podrazumijeva izradu javno dostupnih karata s naznačenim lokacijama pojave navedenih čimbenika, potencijalnih ili mjerenih doznih ekvivalenata, kao i procjene rizika. S obzirom da će navedeni kartografski podaci ovisiti o industrijskim i pratećim prerađivačkim aktivnostima, budućim istraživanjima u području geologije itd., nužno je takav sustav informiranja dizajnirati na način da bude lako osvježiv, interaktivan i javno dostupan.

Nanočestice proizvedene laserskom ablacijom u vodi – primjene u izradi papira i fotokatalitička svojstva

Damjan Blažeka, Nikša Krstulović
Institut za fiziku, Bijenička cesta 46, Zagreb

Pulsna laserska ablacija na meti u tekućini je metoda koja omogućuje proizvodnju nanočestica vrlo visoke čistoće u usporedbi s nanočesticama dobivenim kemijskom sintezom, a zbog svoje ekološke prihvatljivosti često se naziva „zelena metoda“. Proces je moguć na bilo kojoj čvrstoj meti, što omogućuje proizvodnju nanočestica od velikog broja raznih materijala, kao što su: metali, poluvodiči, polimeri, keramika, organski materijali, magnetski materijali. Prilagodbom raznih parametara (valna duljina, intenzitet, trajanje i energija pulsa, položaj fokusa, vrsta i visina tekućine, prisustvo surfaktanata, frekvencija i duljina ozračivanja, dopiranost mete, sekundarno ozračivanje i korištenje dvostrukog pulsa) moguće je ugađati mnoga svojstva proizvedenih nanočestica: raspodjela po veličini, oblik, vrsta kristalne strukture, udio kisika u nanočesticama. U usporedbi s kemijskim tehnikama cijena proizvodnje je niska, a utrošak vremena mali. Koncentracija i veličina nanočestica u koloidnoj otopini određuju se kombinacijom UV-VIS fotoapsorpcijskih mjerenja, SEM mikroskopije i analize kratera na meti [1-3] Kristalna struktura određuje se pomoću XRD mjerenja.
Mnoge mogućnosti primjena nanočestica postoje zbog njihovog velikog omjera površine i volumena, zbog čega do velikog izražaja dolaze procesi koji se događaju između njihove površine i okolnog medija. Poznato je da mnoge nanočestice imaju izrazita antibakterijska i antimikrobna svojstva. U [4] su nanočestice srebra proizvedene laserskom ablacijom u vodi dodane u pulpu celuloznih vlakana kod proizvodnje papira. Pokazano je da takav papir ima jaku antibakterijsku aktivnost na E. Coli. U testu curenja je pokazano da su nanočestice vrlo čvrsto impregnirane u papir, što ukazuje na mogućnost primjene u proizvodnji antimikrobne ambalaže.
Neke poluvodičke nanočestice (najčešće TiO2) pokazuju fotokatalitička svojstva, što znači da u prisustvu UV-zračenja ili vidljivog svjetla nanočestice u okolnom mediju izazivaju razne kemijske reakcije i potiču stvaranje reaktivnih radikala. Takvi reaktivni radikali izazivaju razgradnju većine organskih, ali i mnogih neorganskih tvari, što može imati velike primjene u pročišćavanju vode, zraka, tla i izradi površina sa svojstvom samočišćenja te proizvodnje biocida [5].

[1] N. Krstulovic et al., Appl. Surf. Sci. 440 (2018) 916–925
[2] N. Krstulovic, S. Milosevic, Appl. Surf. Sci. 256 (2010) 4142-4148
[3] D. Blažeka et al., Determination of colloidal TiO2 nanoparticles concentration produced by laser ablation of Ti in water, 25th International Scientific Meeting on Vacuum Science and Technique, 2018. Gozd Martuljek, Slovenija
[4] W. Schlemmer et al., A green procedure to manufacture nanoparticle decorated paper substrates, Materials, 2018., Submitted
[5] Y. Lan et al. Mini review on photocatalysis of titanium dioxide nanoparticles and their solar applications, Nano Energy, 2013.

Metoda izrade i strukturnog opisa kvantnih točaka u staklima namijenjenih izradi tankoslojnih solarnih ćelija

Maja Buljan¹, Rajko Kušen²
¹Institut Ruđer Bošković
²Solvis d.o.o. Cehovska 106, Varaždin

Laboratorij za tanke filmove se trenutno bavi izradom i strukturnom karakterizacijom tankoslojnih nanostrukturiranih filmova. Ti materijali se pripravljaju metodom magnetronskog rasprašenja, a sastoje se od kvantnih točaka baziranih na germaniju, koje su uronjene u razne staklene matrice. Primjenjujući posebne uvjete depozicije uspijevamo proizvesti kvantne točke ili nanožice koje su uređene u pravilne trodimenzionalne mreže unutar staklene matrice.
Strukturna karakterizacija ovakvih materijala standardno se vrši raznim mikroskopijskim metodama. Mi smo razvili vrlo efikasnu metodologiju za određivanje strukture gore spomenutim materijama korištenjem raspršenja x-zračenja pod malim upadnim kutom u mali izlazni kut - GISAXS (grazing incidence small angle x ray scattering). Preciznije, razvijeni su teorijski modeli i softver za analizu GISAXS podataka koji omogućavaju brzo i sigurno određivanje veličine, oblika i uređenja kvantnih točaka u staklenoj matrici. Metoda je naravno primjenjiva i za druge nanostrukturirane materijale.
Primjene gore spomenutih materijala su potencijalno zanimljive u brojnim uređajima, uključujući i solarne ćelije. Varirajući veličinu, strukturu i oblik kvantnih točaka možemo manipulirati optičkim i električnim svojstvima materijala koja su bitna za njihovu primjenu. Trenutna istraživanja usmjerena sun a izradu tankoslojnih solarnih ćelija u obliku obloga za staklene površine.

Fotonaponski moduli i elektrane

Rajko Kušen, Lidija Kovačić
Solvis d.o.o. Cehovska 106, Varaždin

SOLVIS je hrvatski proizvođač fotonaponskih modula. SOLVIS moduli su rezultat rada visokokvalificiranih radnika na opremi vrhunske tehnologije s prvorazrednim sirovinama. Stroga kontrola kvalitete primjenjuje se na svakom koraku proizvodnog procesa, čime je osigurana pouzdanost proizvoda tijekom cijelog njegovog radnog vijeka.
Tvrtka je osnovana 2007. godine, a na svjetskom tržištu smo prisutni od 2009. godine, usmjereni na proizvodnju ekološki prihvatljivog i svima dostupnog izvora energije, čime preuzimamo odgovornost za dobrobit planeta Zemlje. Naši proizvodi rezultat su kontinuiranog istraživanja i razvoja naših stručnjaka. Stalnim ulaganjem u ljudske resurse, opremu i istraživanje SOLVIS jača svoju konkurentnost na tržištu.
U našoj ponudi proizvoda uključeni su fotonaponski moduli proizvedeni u našoj tvornici u Varaždinu. Kapacitet tvornice je 150 MW fotonaponskih modula godišnje.
Fotonaponske module proizvodimo od polikristaliničnih i monokristaliničnih fotonaponskih ćelija, a proizvode dijelimo u standardne i specijalne proizvode. Od standardnih proizvoda postoje moduli s 72, 60, 48 ili 36 ćelija; standardnih dimenzija, te s mogućnošću izrade modula u bijeloj, crnoj i transparentnoj boji ili tzv. staklo-staklo moduli. U specijalne proizvode ubrajamo sve module naručene „po mjeri“, koji su obično dio nekog gotovog proizvoda (solarno stablo, solarna klupa, solarni brod itd.). Primjer specijalnih proizvoda su i solarne fasade (moduli različitih boja (i oblika) proizvedeni na takav način da je aktvini dio, odnosno ćelije, što manje vidljiv kako bi vizualno zadovoljavali arhitektonske uvjete).
Fotonaponske elektrane za poduzetništvo i kućanstva se izvode na krovovima postojećih objekata. Razlike između elektrana za poduzetništvo i elektrana za kućanstva su u karakteru potrošnje proizvedene električne energije, utjecaju na angažiranu snagu, sustavu naplate itd. Osnovni cilj instalacije sunčane elektrane je smanjenje potrošnje električne energije tijekom perioda VT iz elektroenergetske mreže. Ostale prednosti sunčanih elektrana su: ostvarenje profita prodajom viškova proizvedene el.energije, korištenje tzv. zelene energije, smanjenje CO₂ otiska itd.
Zahvala: Rad je sufinanciran sredstvima Europske unije u okviru projekta "Unaprjeđene solarnih ćelija i modula kroz aktivnosti istraživanja i razvoja".

Plazmonički tanki filmovi i mogućnost upotrebe u fotonici

Jordi Sancho-Parramon¹, Vesna Janicki¹, Petar Pervan¹, Lidija Kovačić²
¹Institut Ruđer Bošković, Bijenička cesta 54, 10000 Zagreb
²Solvis d.o.o. Cehovska 106, Varaždin

Plazmonički tanki filmovi su metalo-dielektrični kompoziti s neobičnim optičkim svojstvima koja dolaze od pobuđenja površinske plazmoničke rezonancije u metalnim nanočesticama. Tijekom proteklih godina, plazmonički tanki filmovi korišteni su za različite svrhe, poput senzora, u telekomunikaciji i medicini. U ovoj prezentaciji pokazat ću primjenu plazmoničkih tankih filmova s posebnim naglaskom na povećanje učinkovitosti struktura solarnih ćelija u kontekstu suradnje između IRB-a i SOLVIS-a. Ova istraživanja imaju za cilj povećanje efikasnosti solarnih ćelija mijenjanjem smjera ulaznog svjetla (raspršenjem), čime se postiže povećanje optičkog puta svjetla unutar ćelije pa tako i mogućnost apsorpcije, odnosno pretvaranje svjetlosne u električnu energiju.
Zahvala: Rad je sufinanciran sredstvima Europske unije u okviru projekta "Unaprjeđene solarnih ćelija i modula kroz aktivnosti istraživanja i razvoja".

ZnO nanostrukture modificirane nanočestičnim TiO2: istraživanje svojstava za fotonaponsku primjenu

A. Gajović¹, I. Panžić¹, K. Juraić¹, N. Krstulović², V. Mandić³, J. Macan³, D. Belić¹, M. Plodinec^1,4, D. Gracin¹, A. Šantić¹, M. G. Willinger⁴, Ivan Vadla⁵
¹Institut Ruđer Bošković, Bijenička 54, 10000 Zagreb
²Instutut za fiziku, Zagreb, Bijenička 32, 10000 Zagreb 3Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije, Marulićev trg 19, 10000 Zagreb
⁴Fritz Haber Institute of Max Planck Society, Berlin, Germany
⁵Solvis, Cehovska 106, 42000 Varaždin

Porozne TiO₂ nanostrukture se standardno koriste u perovskitnim i bojom senzitiziranim fotonaponskim ćelijama (PV) kao sloj za vođenje elektrona. Koriste se zbog prikladnog energijskog procjepa (”band gap”) za prihvaćanje elektrona iz aktivnog sloja PV, međutim, elektronska vodljivost u TiO₂ je relativno niska. S druge strane, cinkov oksid ima odličnu elektronsku vodljivost ali kemijska stabilnost mu je relativno mala. Kako ZnO ima energijski procjep pogodan za kombiniranje s TiO₂ u primjeni za transport elektrona, cilj ovog istraživanja je depozicija TiO2 (primjenom različitih metoda) na ZnO nanostrukturu u obliku nanostupića (ZNR). ZnO je sintetiziran u obliku nanostupića kako bi se povećala njegova aktivna površina, dok TiO₂ sloj pogoduje stabilnosti pripremljenih nanostupića, ukupnoj vodljivosti nanokompozita kao i njegovim optičkim svojstvima.
U cilju pripreme jezgra-ljuska (“core-shall”) nanostrukture, ZNR su pripremljeni sol-gel postupkom i naknadnim žarenjem, radi dobivanja kristaliničnosti. Kako bi se izbrao najoptimalniji postupak depozicije, TiO₂ je nanesen na ZNR pomoću pulsne laserske depozicije (PLD), reaktivnog magnetronskog rasprašenja (MS), te nanošenjem sol-gela od TiO₂, nakon čega slijedi žarenje pri 400-450 °C. Struktura jezgra-ljuska nanostrukture je istražena pomoću mikro-Ramanove spektroskopije, dok je morfologija i struktura na nano-skali istražena pomoću transmisijske i skenirajuće elektronske mikroskopije visoke rezolucije. Optička svojstva su istražena pomoću UV-vis spektroskopije, a za električnu karakterizaciju se primjenila impedancijska spektroskopija (IS).
Ramanski rezultati pokazuju da su pripravljeni TiO₂ tanki filmovi amorfni. Temperatura žarenja potrebna za kristalizaciju strukture TiO₂ anataze (koja ima najpovoljnija opto-električna svojstva) je optimizirana na 400 C. Pokazano je da morfologija TiO₂ slojeva dobivenih PLD-om značajno ovisi o atmosferi i broju pulseva, dok u slučaju MS-a ovisi o atmosferi reaktivnog magnetrona. U slučaju sol-gel postupka za pripravu TiO₂, glavni parametar je broj slojeva koji su naneseni na ZNR. Korelirana je struktura pripravljenih TiO₂@ZnO jezgra-ljuska tankih filmova s parametrima priprave te optičkim i električnim svojstvima. Optička i električna svojstva dobivenih materijala bit će diskutirana u odnosu na PV primjenu nanokompozita.
Zahvala:Zahvala: Rad je sufinanciran sredstvima Europske unije u okviru projekta "Unaprjeđene solarnih ćelija i modula kroz aktivnosti istraživanja i razvoja"., te bilateralnim Hrvatsko-Njemački DAAD projektom. Ovaj rad je, također, sufinancirala Hrvatska zaklada za znanost projektima IP-2014-09-9419 i IP-2018-01-5246.

Detektiranje defekata u poluvodičkim materijalima i strukturama korištenjem optičkih metoda (luminiscencije i fotoreflektacije)

Davor Gracin¹, Krunoslav Juraić¹, Rajko Kušen² i Hrvoje Mintas²
¹Institut Ruđer Bošković
² Solvis, Cehovska 106, 42000 Varaždin

Optička karakterizacija materijala podrazumijeva mogućnost mjerenja interakcije elektromagnetskog vala sa materijalom. Za tanke poluvodičke filmove uobičajeno je mjerenje apsorpcije, refleksije i luminiscencije. Za deblje fimove i poluvodičke strukture je pogodnija kombinacija luminiscencije i refleksije. Refleksija odražava pretežno stanja na površini dok luminiscencija omogućava više volumnu karakterizaciju. Fizikalno gledano, luminiscencije je emisija elektromagnetskog vala koja nastaje skokovitim gubitkom energije elektrona pri prelazu sa višeg energijskog nivoa na niži. Pri tom se emitira foton koji odgovara razlici energija tih nivoa.Ukoliko je elektronima dovedena energija narinutim naponom govorimo o elektroluminiscenciji a ako se radi o optičkoj uzbudi, proces se naziva fotoluminiscencija.
Da bi emitirani foton bio u vidljivom ili bliskom infracrvenom dijelu spektra, materijal mora imati izolirane energetske nivoe jer se u protivnom energija ekscitiranog elektrona izgubi nizom malih koraka t.j. pređe u toplinu. U slučaju poluvodiča, postoje odvojene zone energija, vodljiva i valentna vrpca, koje formiraju energijski procijep energije Eg. Ukoliko nema značajnije koncentracije strukturnih i ekstrinsičnih defekata, koncentracija stanja u zabranjenom pojasu je mala i jedini prijelaz je vodljiva-valentna vrpca a u emitiranom svjetlu je prisutna samo linija koja odgovara energiji optičkog procijepa, Eg. Ukoliko postoje značanije koncentracije defekata koje formiraju vrpcu u zabranjenom pojasu, u luminiscentnom spektru se pojavljuju i linije kojima valne duljine odgovaraju energijama manjim od Eg. Ukoliko je koncentracija defekata velika, luminiscencija je nemjerljiva.
U karakterizaciji materijala, luminiscencija pruža dragocjene podatke o točkastim defektima koji u velikoj mjeri utječu na transportna svojstva materijala a ne vide se standardnim strukturnim mjerenjima. Za slučaj poluvodičkih tankih fimova, najčešće se koristi fotoluminiscencija.
U karakterizaciji poluvodičkih sklopova, kao što su solarne ćelije, karakterizacija se standardno vrši elektroluminiscencijom. Puštanjem struje kroz kontakte, uslijed rekombinacije elektrona sa šupljinama, uređaj emitra svjetlo za slučaj da ne postoje značajniji defekti. Ako ih ima, svjetlo je slabije ili ga nema. Analizom distrubicije intenziteta emitranog svjetla, moguće je ocijeniti kvalitetu uređaja.
Ukoliko se radi o kristalnom siliciju, valne duljine su u infra-crvenom području i detekcija zračenja podrazumijeva kameru osjetljivu tom dijelu spektra, što ima utjecaj na cijenu uređaja za karakterizaciju. Također, emitirano svjetlo je obično slabog intenziteta, pa mjerenje zahtijeva određeno vrijeme akomulacije Si.
Zahvala: Rad je sufinanciran sredstvima Europske unije u okviru projekta "Unaprjeđene solarnih ćelija i modula kroz aktivnosti istraživanja i razvoja".