Stratégiai műhely a megújuló alapú energiarendszer technológiai kihívásaira

Projekt azonosítószám: VEKOP-2.3.2-16-2016-00011Széchényi2020

Konzorciumvezető:
Energiatudományi Kutatóközpont

Projektvezető:

Dr. Pécz Béla

Konzorciumi tag:
Wigner Fizikai Kutatóközpont

Projekt témavezetői:

Dr. Kamarás Katalin
 

Dr. Veres Miklós
A projekt kezdete:
2017. július 01.
A projekt befejezése:
2021. május 31.
Támogatás összege:
564 063 112 Ft
A támogatás intenzitása:
100%

Támogató:
Nemzetgazdasági Minisztérium Regionális Fejlesztési Operatív Programok Irányító Hatósága

A projekt az Európai Unió és Magyarország Kormánya közös finanszírozása keretében az Európai Strukturális és Beruházási Alapok támogatásával a Versenyképes Közép-Magyarország Operatív Program – Stratégiai K+F műhelyek kiválósága keretében valósul meg.

A projekt bemutatása:

A 21. század legnagyobb technikai kihívása az energiarendszerünk teljes átalakítása. A tudományos kutatásnak nagy szerepe lesz abban, hogy az energiaszektor megfeleljen ellátás biztonsági és a környezetvédelmi elvárásoknak. Jelen projektben az elsődleges célok a fotovillamos energiatermelés, tárolás és egyéb környezeti hatások kutatása:

  • Új napelemek fejlesztése fotovillamos erőművekhez, ahol elsősorban új optikai tulajdonságú anyagok fejlesztése a cél: elsősorban ólom és ón alapú perovszkit típusú anyagok, valamint ásványi (pirit valamint Cu-Zn-Sn-szulfidok) alapú anyagok felhasználásával
  • Intelligens villamosenergia-hálózat (smart grid) számítógépes szimulációja, a hálózati és háztartási méretű fotovillamos (PV) rendszerek esetén
  • Alkalmazások fejlesztése megújuló energia tárolására: egyrészt hidrogén elektrolízises előállítását elősegítő katalizátorok fejlesztése, valamint szén nanoszemcsékkel adagolt szuperkondenzátorok lehetőségeinek feltárása a cél
  • Lézeres energiatovábbítás, célja hogy egy nagyteljesítményű lézer, amelyet egy speciális adaptív optikával a PV-átalakítónál optimális méretűre lehet fókuszálni, továbbítsa az energiát mozgó és mobil eszközök felé
  • A megújuló energetikához kapcsolódó új nanotechnológiai eljárások és a biomassza hasznosítás hatása a légköri aeroszolok összetételére alig ismert, ezen nano részecskék környezeti hatását vizsgáljuk az új módszerekkel.

A projekt folyamán kiemelt szerepet kapnak a nanoszerkezetű anyagok előállítási módszerei, spektroszkópiai, mikroszkópiai, szeparációs anyagvizsgálati és minősítési eljárásai és ezek kiértékelése. A feladatokkal összhangban ezért beszerzésre kerülnek nagy értékű berendezések: dual beam mikroszkóp (SEM+FIB), részecskeszeparátor, Raman mikroszkóp, potenciosztát, gázkromatográf.

Az élvonalbeli publikációs eredmények mellett a projekt eredményei és a megerősített kutatási infrastruktúra a Magyarországi vállalatok további fejlesztéseit segíthetik.

Sajtóközlemény 2017. november 14.

Eddigi eredmények:

2020. október 19.

Szakmai előrehaladás összefoglaló

Ebben a munkaszakaszban metilamin-ólomhalogenid vegyes perovszkit rendszerek (MAPbIxBr3-x) stabilitását vizsgáltuk légköri oxigén, illetve víz jelenlétében. Ebből a munkából készült publikációnk online megjelent. Megállapítottuk, hogy káliumionok megakadályozzák a kevert anyag szegregációját légköri víz jelenlétében. Egy új lehetséges lyuktranszport-réteg vizsgálatában vettünk részt, melynek során infravörös spektroszkópia segítségével megállapítottuk, hogy a réteg termikusan stabil. Ebből a munkából folyóiratcikk született. Folytattuk a kalkogenidekben fény hatására bekövetkező szerkezetváltozások vizsgálatát, külön kitérve az arzéntartalmú struktúrákban megvilágítás hatására bekövetkező reverzibilis átalakulásokra. Megvizsgáltuk, hogy befolyásolja a felületerősítés az arany nanorészecskéket tartalmazó Ge-Se üvegek viselkedését, továbbá méréseket végeztünk a különböző arany nanoszerkezeteken fellépő felületerősített Raman-szórás hatékonyságának meghatározására.

Cikkek:

1.    K.A. Bogdanowicz, B. Jewloszewicz, A. Iwan, K. Dysz, W. Przybyl, A. Januszko, M. Marzec, K. Cichy, K. Swierczek, L. Kavan, M. Zukalová, V. Nadazdy, R. Subair, E. Majkova, M. Micusik, M. Omastova, M.D. Özeren, K.Kamarás, D.Y.Heo, S.Y.Kim:
Selected electrochemical properties of 4,4'-((1E,1'E)-((1,2,4-thiadiazole-3,5-diyl)bis(azaneylylidene))bis(methaneylylidene))bis(N,N-di-p-tolylaniline) towards perovskite solar cells with 14.4 % efficiency
Materials 13, 2440-1-17, (2020)

2.    M.D. Özeren, B. Botka, Á. Pekker, K. Kamarás:
The role of potassium in the segregation of MAPb(Br0.6I0.4)3 mixed-halide perovskite in different environments
Phys. Status Solidi-R., online, DOI: 10.1002/pssr.202000335

3.    Csarnovics, I. ; Veres, M. ; Nemec, P. ; Molnár, S. ; Kökényesi, S.
Surface plasmon enhanced light-induced changes in Ge[sbnd]Se amorphous chalcogenide – Gold nanostructures
Journal of Non-Crystalline Solids: X 6 Paper: 100045 , 6 p. (2020)

4.    Holomb, R ; Tkac, V ; Mitsa, V ; Feher, A ; Veres, M
Structural Nature of Boson Peak and Low-Temperature Heat Excess in As2S3 Glass
PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC RESEARCH 257 Paper: 1900525 , 7 p. (2020)

5.    Kondrat, O. ; Holomb, R. ; Mitsa, A. ; Veres, M. ; Csik, A. ; Takáts, V. ; Duchoň, T. ; Veltruská, K. ; Vondráček, M. ; Tsud, N. et al.
Reversible laser-assisted structural modification of the surface of As-rich nanolayers for active photonics media
APPLIED SURFACE SCIENCE 518 Paper: 146240 , 7 p. (2020)

6.    Mahmood, MH ; Himics, L ; Péter, L ; Baranyai, P ; Veres, M
Characterization of luminescent monodisperse microparticles prepared by gamma radiation-initiated polymerization
OPTICAL MATERIALS 108 Paper: 110209 , 7 p. (2020)

7.    Pal, P. ; Bonyár, A. ; Veres, M. ; Himics, L. ; Balázs, L. ; Juhász, L. ; Csarnovics, I.
A generalized exponential relationship between the surface-enhanced Raman scattering (SERS) efficiency of gold/silver nanoisland arrangements and their non-dimensional interparticle distance/particle diameter ratio
SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL 314 Paper: 112225 , 10 p. (2020)

8.    Rigó, I. ; Veres, M. ; Pápa, Zs. ; Himics, L. ; Öcsi, R. ; Hakkel, O. ; Fürjes, P.
Plasmonic enhancement in gold coated inverse pyramid substrates with entrapped gold nanoparticles
JOURNAL OF QUANTITATIVE SPECTROSCOPY & RADIATIVE TRANSFER 253 Paper: 107128 , 8 p. (2020)

Előadás:
B. Botka, M.D. Özeren, G. Németh, Á. Pekker, H.M. Tóháti, Zs. Szekrényes, K. Kamarás, Optical Measurements on Perovskite-Carbon Nanomaterial Interfaces
Meghívott előadás
The XXXIII Conference “Materials Science and applications & Workshop on Graphene Applications”, The Egyptian Materials Research Society, Hurgada, Egyiptom, 2019. november 27-30.

Poszter:
M.D. Özeren, B. Botka, Á. Pekker, K. Kamarás, M. Kollár, E. Horváth, L. Forró:
K+ Incorporation into Methylammonium-Based Bromide Rich Mixed Halide Perovskites
International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials, Kirchberg, Ausztria, 2020. március 7-14.

2020. március 11.

Szakmai előrehaladás összefoglaló

A munkaszakaszban tovább folytattuk a lézeres energiatovábbító rendszer fejlesztését. Elvégeztük a fotovoltaikus átalakító tesztelését. Forrásként egy hangolható femtoszekundumos lézert használva meghatároztuk a cella hatékonyságának függését a lézerhullámhossztól, a beesési szögtől, valamint a foltátmérőtől. Mivel a cella kimenetén a feszültség akár a 30 V-ot is elérheti, megkezdtük egy egyenáramú átalakító tervezését és megépítését.

VEKOP1

A lézeres energiatovábbító rendszer fejlesztése mellett folytattuk a kalkogenid üvegek kutatását is. Termikus leválasztással új típusú, eddig csak a természetben előforduló kristályos struktúrákat állítottunk elő plazmonikus arany nanorészecskékkel borított hordozókra, melyeket a Raman-spektrumuk alapján sikerült azonosítani. A szerkezet jellemzői az előállítási paraméterek, első sorban a hordozóhőmérséklet változtatásával kontrollálhatók: ugyanolyan összetételű kiinduló anyagból sikerült fotoszenzitív és a fényre érzéketlen kalkogenid mikro- és nanokristályokat is előállítani. A munkaszakasz során befejeződött a speciális elektromos és fényemissziós tulajdonságokkal rendelkező gyémánt nanoszerkezetek előállítására szolgáló mikrohullámú kémiai gőzfázisú leválasztórendszer építése. Megkezdődött a tesztminták előállítása, és pásztázó elektronmikroszkópiai és Raman-spektroszkópiai jellemzése.
A lehetséges napelem-alapanyagok körét kibővítettük kétdimenziós perovszkit anyagokkal. Nyolc ólommentes, kétdimenziós perovszkit anyag szerkezeti és optikai vizsgálatát (hőmérsékletfüggő infravörös, Raman- és optikai spektroszkópia) végeztük el, spektrális érzékenység és stabilitás szempontjából. Azt találtuk, hogy a kobaltalapú anyagok széles látható tartományú abszorpciója (500-750 nm) és termikus stabilitása (200 C-ig) megfelelő, további vizsgálatuk indokolt. Az alkalmazás a napelemen túl fotokatalizátorként is lehetséges. Az eredmények publikálása folyamatban van.

Közlemények:

1.    Himics L, Felgen N, Veres M, Popov C, Holomb R, Koós M; Photoluminescence and Raman spectroscopic investigation of nanodiamond structures incorporating SiV centers; V. Summer School“Photonics meets Biology” 16-20 September 2019 FORTH, Heraklion, Crete, Greece (poszter)
2.    Holomb R, M. Veres, L. Himics, I. Rigó, O. Kondrat, V. Mitsa  In-situ Raman spectroscopic studies of laser transformations of cage-like As-S molecules, V. Summer School“Photonics meets Biology” 16-20 September 2019 FORTH, Heraklion, Crete, Greece (poszter)
3.    Rigó I, Veres M, Váczi T, Holczer E, Hakkel O, Deák A, Fürjes P; Preparation and Characterization of Perforated SERS Active Array for Particle Trapping and Sensitive Molecular Analysis; Biosensors 9 (2019) 93 (cikk)
4.    Himics L, Veres M, Tóth S, Rigó I, Koós M; Origin of the asymmetric zero-phonon line shape of the silicon-vacancy center in nanocrystalline diamond films; Journal of Luminescence 215 (2019) 116681 (cikk)
5.    Kamarás K, Badeeb L, Özeren MD, Pekker A, Abdel-Aal SK, Abdel-Rahman AS, Andricevic P, Forró L, Horváth E, Investigation of charge dynamics and photoinduced charge transfer in metal halide perovskite/carbon nanotube composites by vibrational spectroscopy, March Meeting of the American Physical Society, March 4-8, 2019, Boston, MA, USA (előadás)