Stratégiai műhely a megújuló alapú energiarendszer technológiai kihívásaira

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

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.

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)