Hrvatsko fizikalno društvoSekcija za primijenjenu i industrijsku fiziku

KNJIGA SAŽETAKA

8. radionica Sekcije zaprimijenjenu i industrijsku fiziku

Hrvatskog fizikalnog društva

Urednici: Davor Gracin, Krunoslav Juraić

Institut Ruđer BoškovićZagreb, 14. i 15. svibnja 2018.

Organizacijski odbor

dr. sc. Davor Gracin, Institut Ruđer Bošković

dr. sc. Krunoslav Juraić, Institut Ruđer Bošković

dr. sc. Nikša Krstulović, Institut za fiziku

dr. sc. Daniel Meljanac, Institut Ruđer Bošković

Programski odbor

dr.sc. Nikola Biliškov, Institut Ruđer Bošković

dr.sc. Davor Gracin, Institut Ruđer Bošković

dr.sc. Slobodan Milošević, Institut za fiziku

dr.sc. Jordi Sancho Parramon, Institut Ruđer Bošković

dr.sc. Branko Šantić, Institut Ruđer Bošković

Uvodna riječ

VIII radionica Sekcije za primijenjenu i industrijsku fiziku Hrvatskog fizikalnog društva

održat će se 14. i 15. studenog 2018. na Institutu Ruđer Bošković, Bijenička 54.

Tentativni tematski okviri bit će:

energetika (izvori bez emisije CO2 - solarne ćelije, nuklearna)

senzori

medicina

ekologija

eksperimentalne metode korisne za industriju i malu privredu

sve vrste primjene fizike

opće teme (uloga fizičara u industriji, financijski aspekti)

Dr. Davor Gracin, voditelj PIF-HFD-a

Program skupa

14. i 15. studenog 2018, predavaona I krila, Institut Ruđer Bošković, Bijenička 54, Zagreb

Srijeda, 14. studenog 2018.

10:00 – 10:10

Davor Gracin

Uvodna riječ

10:10 – 10:40

FranoBarbir

FESB Gorivni članci – status, pravci razvoja i perspektive

10:40 – 11:00

Nikola Biliškov

IRBMaterijali za proizvodnju i pohranu vodika - novosti i perspektive

11:00 – 11:15

Kava

11:15 – 11:35

Ivan Pivac

FESBImpedancija u dijagnostici degradacije membranskih gorivnih članaka

11:35 – 11:55

Igor Milanović

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

11:55 – 12:15

Nikša Krstulović

IFSProjekt Plasma Art – primjena atmosferskog plazmenog mlaza u konzervaciji i restauraciji drvenih umjetnina

12:15 – 12:35

Tarzan Legović

IRB Kapacitet voda za uzgoj riba

12:35 -14:30

Pauza za ručak

14:30 – 14:50

Luka Pavelić IMIPrototip kompaktnog detektora ionizirajućeg zračenja za dozimetriju u pulsnim poljima

14:50 – 15:10

Mihaela Justić

IMI Izrada fantoma za mamografiju

15:10 – 15:40

Ivica Prlić IMIGospodarenje reziduima u Republici Hrvatskoj i što fizika ima s time

Četvrtak, 15. studenog 2018.

14:30 – 14:50

Damjan Blažeka

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

14:50-15:10

Maja Buljan IRBMetoda izrade i strukturnog opisa kvantnih točaka u staklima namijenjenih izradi tankoslojnih solarnih ćelija

15:10 – 15:30

Rajko Kušen Solvis Fotonaponski moduli i elektrane

15:30 – 15:45

Kava

15:45 – 16:05

Jordi SanchoParramon

IRBPlazmonički tanki filmovi i mogućnost upotrebe u fotonici

16:05–16:25

Andreja Gajović

IRBZnO nanostrukture modificirane nanočestičnim TiO2: istraživanje svojstava za fotonaponsku primjenu

16:25 – 16:45

Davor Gracin

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

Sažeci izlaganja

Gorivni članci – status, pravci razvoja i perspektive

Frano Barbir

FESB, Sveučilište u Splitu

Gorivni članci su već dugo obećavajuća tehnologija za proizvodnju električneenergije s visokom efikasnošću. Mogu se koristiti za snage od mW do MW u različitimprimjenama – od zamjene za baterije to kogeneracije, ali njihova glavna primjena je zapogon 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 primjenigorivnih članaka su njihova cijena, trajnost i nepostojanje infrastrukture vodika. Stoga jebudućnost gorivnih članaka vezana uz tranziciju k energetskom sustavu baziranom naobnovljivim izvorima energije u kojem bi vodik mogao služiti za skladištenje viškovaenergije i kao gorivo za automobile i druga vozila. Pravci razvoja uključuju razvojkomponenata gorivnih članaka (membrane, katalizatora, difuzora i bipolarnih ploča),novih dizajna sklopova i sustava, algoritama upravljanja, te dijagnostike, a sve u svrhusmanjenja 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 jeključan za efikasnu implementaciju obnovljivih izvora energije. U punom smislu pojma,ekološki prihvatljiv vodik je samo onaj je u potpunosti dobiven i iskorišten posredstvombezugljičnih tehnologija. To posljedično znači da se vodik mora dobivati konverzijomsunčeve energije ili nekog drugog obnovljivog izvora u kemijsku energiju elektrolizom ilicijepanjem vode, te da se mora skladištiti energetski nezahtjevnim postupcima u ekološkiprihvatljivim materijalima. Osim toga, upotreba vodika kao nosača energije omogućujerazvoj distribuiranog generiranja, što je konceptualno potpuno drukčija energetskainfrastruktura od danas prevladavajuće centralizirane energetike. Iz tih zahtjeva imogućnosti proizlaze problemi koji se rješavaju multidisciplinarnim naporima istraživačaiz područja prirodnih i tehničkih, a posredno i društvenih znanosti. Sigurno je da bi punaimplementacija vodikovih tehnologija imala dalekosežan utjecaj na industriju, pa i nadruštvo u cjelini. Predavač će dati pregled dosadašnjih istraživanja na tom polju, naročitoonih koja se provode u Laboratoriju za kemiju čvrstog stanja i kompleksnih spojevaInstituta Ruđer Bošković u kontekstu međunarodnih trendova na tom polju.

Impedancija u dijagnostici degradacije membranskihgorivnih članaka

Ivan Pivac

Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje, R. Boškovića 32, 21000 Split

Primjenom elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS) moguće jedijagnosticirati degradaciju katalitičkog sloja membranskog gorivnog članka, uzrokovanusmanjenjem elektrokemijske aktivne površine, na osnovu usporedbe impedancijskihodzivnih spektara izmjerenih u određenim vremenskim intervalima tijekom njegovograda. U tu svrhu, razvijen je nadomjesni impedancijski model u obliku električnogekvivalentnog kruga s 11 elemenata i dvije tzv. rezonantne petlje, sastavljene odparalelno vezanih otpornika, kondenzatora i zavojnice, a koji je primijenjen tijekomubrzanog degradacijskog testa s cikliranjem katodnog napona. Predloženi model jeeksperimentalno verificiran u različitim radnim uvjetima, a obuhvaća i proceseodgovorne za induktivnu značajku na niskim frekvencijama, te daje novi doprinos boljemrazumijevanju ove pojave.

Načini pohrane vodika – pregled najznačajnijihmaterijala za skladištenje u čvrstom stanju

Igor Milanović

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

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

Projekt PlasmaArt – primjena atmosferskog plazmenogmlaza u konzervaciji i restauraciji drvenih umjetnina

Nevena Krstulović1, Domagoj Mudronja2, Ana Bielen3, Ivana Bošnjak4 i NikšaKrstulović5

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 genetikumikroorganizama, 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 njihovekonzervacije i restauracije. APPJ plazma bogata je hladnim reaktivnim elementimaodgovornima za tretman materijala bez termalne štete [1,2]. APPJ su stoga vrlo povoljneza obredu termo-osjetljivih materijala kao što je drvo.

Ovo istraživanje uključuje primjenu APPJ za bezkontaktnu obradu površinadrvenih umjetnina i njihove sterilizacije od mikroorganizama. Ova metodakomplementarna je standardnim metodama koje se koriste ukonzervacijsko/restauratorskoj praksi a koje se temelje na uporabi kemikalija i kemijskihotapala, gamma-zraka i/ili mehaničke obrade. Metoda je ispitivana na djelovanje APPJ usvrhu dezinfekcije pozlaćenih drvenih test-pločica kontaminiranih gljivičnim micelijem -vrstama Coniophora puteana i Serpula lacrymans (uzročnci truleži drva). Plinovikorišteni za rad APPJ bili su Ar, He i mješavina Ar/O2. Prilikom obrade drvenih pločicaAPPJ-om praćeni su procesi međudjleovanja mlaza i metarijala pomoću optičkeemisijske spektroskopije [3,4].

Dobivenio je da je Ar najučinkovitiji za sterilizaciju uzoraka jer gljivice nisupreživjele obradu što ovu metodu čini učinkovitom i usporedivu s standardnimmetodama. No, prednost ove metode je da je površina pozlaćenih test-pločica ostalanetaknuta, 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 prekoHrZZ 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, PlasmaSources 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 Veseland Miran Mozetič, J. Phys. D: Appl. Phys. 39 (2006) 3799–3804

[5] N. Krstulović, D. Mudronja, A. Bielen, I. Bošnjak, N. Krstulović, STERILIZATIONOF WOODEN ARTIFACTS BY APPJ, 25th INTERNATIONAL SCIENTIFICMEETING ON VACUUM SCIENCE AND TECHNIQUE, Book of Abstracts, 2018,Gozd Martuljek, Slovenia[6] N. Krstulović, D. Mudronja, N. Krstulović, Tretament of wooden artifacts withatmospheric pressure plasma jet, 24th International Scientific Meeting on VacuumScience and Technique, Book of Abstracts, 2017, Zadar, Croatia[7] N. Krstulović, D. Mudronja, A. Bielen, I. Babić, N. Krstulović, THE PlasmaArtPROJECT – APPLICATION OF ATMOSPHERIC-PRESSURE PLASMA JETS INCONSERVATION AND RESTORATION OF WOODEN ARTWORK, Portal, 2018, inpress

Kapacitet voda za uzgoj riba

Tarzan Legović

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

Čovjek od davnina uzgaja ribe u slatkim vodama i moru. U zadnje vrijeme jepotreba za kvalitetnom i zdravom ribom porasla višestruko. S jedne strane je to zbogporasta broja ljudi na zemlji, a s druge strane zato što je čovjek već izlovio dobar diopopulacija riba u slatkim vodama, morima i oceanima. Stoga se za svaki dio mora islatkih voda postavlja pitanje: koliko riba čovjek uopće može uzgajati u zadanomvodnom tijelu? Naime, što se više riba uzgaja, to raste eutrofikacija vodnog tijela a toznači i pojava "cvjetanja", što je uobičajeni naziv za razvoj gustih populacija algi kojemogu ubiti ribe direktno ili indirektno pojavom hipoksije.

U predavanju će biti obrazložena metoda kojom se može izračunati kapacitetvodnog tijela za uzgoj riba, odnosno najveća biomasa riba koju je moguće uspješnouzgojiti u zadanom vodnom tijelu.

Prototip kompaktnog detektora ionizirajućeg zračenjaza dozimetriju u pulsnim poljima

Luka Pavelić1, Igor Lacković2, Marija Surić Mihić1, Ivica Prlić1

1Institut za medicinska istraživanja i medicinu rada, Ksaverska cesta 2, Zagreb2Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Unska 3,Zagreb, Hrvatska

Pulsna polja ionizirajućeg zračenja u širokoj su primjeni u medicini, ali mogu sepronaći i kod uređaja za testiranje materijala bez razaranja, akceleratorima itd. Tokomprethodnih godina pokazalo se kako aktivni elektronički dozimetri nemajuzadovoljavajuće performanse u pulsnim poljima. Većina suvremenih elektroničkihdozimetara baziraju se na energijski kompenziranim silicijskim diodama i Geiger-Mullercijevima te koriste algoritme koji broje impulse. Zbog prirode pulsnih polja, mrtvovrijeme i saturaciju ovakvih detektora teško je kompenzirati. Mi pokušavamo riješiti ovajproblem koristeći silicijske fotomultiplikatore (SiPM) spojene na scintilacijski kristal.Silicijski fotomultiplikatori koriste matricu od više tisuća paralelno spojenih lavinskihdioda u geiger načinu rada. Ovakav detektor omogućuje nam uporabu drugačijihalgoritama za dobivanje informacije o primljenoj dozi zračenja. Zbog velikog broja foto-dioda, nedostaci trenutnih aktivnih elektroničkih dozimetara uzrokovani mrtvimvremenom detektora mogu biti riješeni dok energijska diskriminacija detektoraomogućuje krojenje proizvoljnog energijskog odziva. Na Institutu za medicinskaistraživanja i medicinu rada razvili smo prototip detektora kako bi istražili njegoveperformanse 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 koristećibrzi digitalizator pulsa za naknadnu analizu. Za analizu podataka napisali smo programekoji koriste različite algoritme za dobivanje podatka o primljenoj dozi. Prva mjerenjaizvršena su koristeći izvor Cs-137 te su pokazala slaganje s komercijalno dostupnimdozimetrima.

Izrada fantoma za mamografiju

Mihaela Justić, Luka Pavelić, Marija Surić Mihić, Ivica Prlić

Institut za medicinska istraživanja i medicinu rada, Zagreb

U području medicinskog oslikavanja, fantom je posebno dizajniran objekt koji seskenira ili slika za procjenu, analizu i podešavanje performansi različitih uređaja. Jednaod uobičajenih primjena je procjena mamografskih sustava kroz različite protokolekontrole kvalitete. Danas postoje mnogi fantomi (komercijalni ili navedeni u literaturi),međutim, vrlo je teško naći fantom koji vjerno predstavlja tkivo dojke (sa ugrađenimsvim 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 uporabetog fantoma u našem programu osiguranja kvalitete, kao i provjeriti može li se koristiti iza 2D i 3D mamografiju. Izradili smo fantom s kućištem načinjenim od PMMAmaterijala i upotpunili ga različitim filamenatima. Fantom je do sada testiran naklasičnim 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 štofizika 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, Hrvatska2Rudarsko naftno geološki fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Hrvatska

Rezidui su novi naziv za prirodno radioaktivne materijale koncentriraneindustrijskim ili drugim aktivnostima i predstavljaju specifičnu kategoriju industrijskognusproizvoda koja se ne vodi kao otpad u užem smislu, niti kao radioaktivni otpad.Hrvatska legislativa razlikuje prirodne izvore zračenja, te rezidue – materijale koji nastajuu industrijskim sektorima u kojima se uslijed tehnoloških procesa povećava koncentracijaprirodnih radionuklida. U prezentaciji su navedene lokacije u Republici Hrvatskoj nakojima se nalaze postojeće odlagalište i odloženi rezidui, a dani su prijedlozi zagospodarenje takvim materijalima.

U Republici Hrvatskoj ne postoje lokacije na kojima se pojave prirodnih izvoraionizirajućeg zračenja, rezidua ili povećanih koncentracija radona mogu smatratialarmantnim problemom, odnosno koje predstavljaju ozbiljan rizik za stanovništvo ilibiotu, ali, uzme li se u obzir izloženost ljudi tim izvorima kroz duže vrijeme, odnosnokonstantna ili česta povremena izloženost izvorima ionizirajućeg zračenja, moguće jeočekivati i stohastičke utjecaje na ljudsko zdravlje, kao i utjecaj na biotu.

Način na koji bi se provele moguće potrebna mjere zaštite stanovništva i biote uRepublici Hrvatskoj od ionizirajućeg zračenja porijeklom od prirodnih izvora, rezidua ilipovećanih koncentracija radona, svakako uključuje dobro razrađen sustav sinergijskoginformiranja o navedenim čimbenicima. To, između ostalog, podrazumijeva izradu javnodostupnih karata s naznačenim lokacijama pojave navedenih čimbenika, potencijalnih ilimjerenih doznih ekvivalenata, kao i procjene rizika. S obzirom da će navedenikartografski podaci ovisiti o industrijskim i pratećim prerađivačkim aktivnostima,budućim istraživanjima u području geologije itd., nužno je takav sustav informiranjadizajnirati 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 proizvodnjunanočestica vrlo visoke čistoće u usporedbi s nanočesticama dobivenim kemijskomsintezom, a zbog svoje ekološke prihvatljivosti često se naziva „zelena metoda“. Procesje moguć na bilo kojoj čvrstoj meti, što omogućuje proizvodnju nanočestica od velikogbroja raznih materijala, kao što su: metali, poluvodiči, polimeri, keramika, organskimaterijali, 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 korištenjedvostrukog pulsa) moguće je ugađati mnoga svojstva proizvedenih nanočestica:raspodjela po veličini, oblik, vrsta kristalne strukture, udio kisika u nanočesticama. Uusporedbi 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 omjerapovršine i volumena, zbog čega do velikog izražaja dolaze procesi koji se događajuizmeđu njihove površine i okolnog medija. Poznato je da mnoge nanočestice imajuizrazita antibakterijska i antimikrobna svojstva. U [4] su nanočestice srebra proizvedenelaserskom 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 curenjaje pokazano da su nanočestice vrlo čvrsto impregnirane u papir, što ukazuje namogućnost 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 medijuizazivaju razne kemijske reakcije i potiču stvaranje reaktivnih radikala. Takvi reaktivniradikali izazivaju razgradnju većine organskih, ali i mnogih neorganskih tvari, što možeimati velike primjene u pročišćavanju vode, zraka, tla i izradi površina sa svojstvomsamočišćenja 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 concentrationproduced by laser ablation of Ti in water, 25th International Scientific Meeting onVacuum Science and Technique, 2018. Gozd Martuljek, Slovenija[4] W. Schlemmer et al., A green procedure to manufacture nanoparticle decorated papersubstrates, Materials, 2018., Submitted[5] Y. Lan et al. Mini review on photocatalysis of titanium dioxide nanoparticles andtheir solar applications, Nano Energy, 2013.

Metoda izrade i strukturnog opisa kvantnih točaka ustaklima namijenjenih izradi tankoslojnih solarnih

ćelija

Maja Buljan1, Rajko Kušen2 1Institut Ruđer Bošković, Bijenička c. 54, 10000, Zagreb

2Solvis d.o.o. Cehovska 106, Varaždin

Laboratorij za tanke filmove se trenutno bavi izradom i strukturnomkarakterizacijom tankoslojnih nanostrukturiranih filmova. Ti materijali se pripravljajumetodom magnetronskog rasprašenja, a sastoje se od kvantnih točaka baziranih nagermaniju, koje su uronjene u razne staklene matrice. Primjenjujući posebne uvjetedepozicije uspijevamo proizvesti kvantne točke ili nanožice koje su uređene u pravilnetrodimenzionalne mreže unutar staklene matrice.

Strukturna karakterizacija ovakvih materijala standardno se vrši raznimmikroskopijskim metodama. Mi smo razvili vrlo efikasnu metodologiju za određivanjestrukture gore spomenutim materijama korištenjem raspršenja x-zračenja pod malimupadnim kutom u mali izlazni kut - GISAXS (grazing incidence small angle x rayscattering). Preciznije, razvijeni su teorijski modeli i softver za analizu GISAXS podatakakoji omogućavaju brzo i sigurno određivanje veličine, oblika i uređenja kvantnih točaka ustaklenoj matrici. Metoda je naravno primjenjiva i za druge nanostrukturirane materijale.

Primjene gore spomenutih materijala su potencijalno zanimljive u brojnimuređajima, uključujući i solarne ćelije. Varirajući veličinu, strukturu i oblik kvantnihtočaka možemo manipulirati optičkim i električnim svojstvima materijala koja su bitna zanjihovu primjenu. Trenutna istraživanja usmjerena sun a izradu tankoslojnih solarnihćelija u obliku obloga za staklene površine.

Zahvala: Rad je sufinanciran sredstvima Europske unije u okviru projekta"Unaprjeđene solarnih ćelija i modula kroz aktivnosti istraživanja i razvoja".

Fotonaponski moduli i elektrane

Rajko Kušen, Lidija Kovačić

Solvis d.o.o. Cehovska 106, Varaždin

SOLVIS je hrvatski proizvođač fotonaponskih modula. SOLVIS moduli surezultat rada visokokvalificiranih radnika na opremi vrhunske tehnologije sprvorazrednim sirovinama. Stroga kontrola kvalitete primjenjuje se na svakom korakuproizvodnog procesa, čime je osigurana pouzdanost proizvoda tijekom cijelog njegovogradnog vijeka.

Tvrtka je osnovana 2007. godine, a na svjetskom tržištu smo prisutni od 2009.godine, usmjereni na proizvodnju ekološki prihvatljivog i svima dostupnog izvoraenergije, čime preuzimamo odgovornost za dobrobit planeta Zemlje. Naši proizvodirezultat su kontinuiranog istraživanja i razvoja naših stručnjaka. Stalnim ulaganjem uljudske resurse, opremu i istraživanje SOLVIS jača svoju konkurentnost na tržištu.

U našoj ponudi proizvoda uključeni su fotonaponski moduli proizvedeni u našojtvornici u Varaždinu. Kapacitet tvornice je 150 MW fotonaponskih modula godišnje.

Fotonaponske module proizvodimo od polikristaliničnih i monokristaliničnihfotonaponskih ćelija, a proizvode dijelimo u standardne i specijalne proizvode. Odstandardnih proizvoda postoje moduli s 72, 60, 48 ili 36 ćelija; standardnih dimenzija, tes mogućnošću izrade modula u bijeloj, crnoj i transparentnoj boji ili tzv. staklo-staklomoduli. U specijalne proizvode ubrajamo sve module naručene „po mjeri“, koji su običnodio nekog gotovog proizvoda (solarno stablo, solarna klupa, solarni brod itd.). Primjerspecijalnih proizvoda su i solarne fasade (moduli različitih boja (i oblika) proizvedeni natakav način da je aktvini dio, odnosno ćelije, što manje vidljiv kako bi vizualnozadovoljavali arhitektonske uvjete).

Fotonaponske elektrane za poduzetništvo i kućanstva se izvode na krovovimapostojećih objekata. Razlike između elektrana za poduzetništvo i elektrana za kućanstvasu u karakteru potrošnje proizvedene električne energije, utjecaju na angažiranu snagu,sustavu naplate itd. Osnovni cilj instalacije sunčane elektrane je smanjenje potrošnjeelektrične energije tijekom perioda VT iz elektroenergetske mreže. Ostale prednostisunčanih 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 ufotonici

Jordi Sancho-Parramon1, Vesna Janicki1, Petar Pervan1, Lidija Kovačić2

1Institut Ruđer Bošković, Bijenička cesta 54, 10000 Zagreb2Solvis d.o.o. Cehovska 106, Varaždin

Plazmonički tanki filmovi su metalo-dielektrični kompoziti s neobičnim optičkimsvojstvima koja dolaze od pobuđenja površinske plazmoničke rezonancije u metalnimnanočesticama. Tijekom proteklih godina, plazmonički tanki filmovi korišteni su zarazličite svrhe, poput senzora, u telekomunikaciji i medicini. U ovoj prezentaciji pokazatću primjenu plazmoničkih tankih filmova s posebnim naglaskom na povećanjeučinkovitosti struktura solarnih ćelija u kontekstu suradnje između IRB-a i SOLVIS-a.Ova istraživanja imaju za cilj povećanje efikasnosti solarnih ćelija mijenjanjem smjeraulaznog svjetla (raspršenjem), čime se postiže povećanje optičkog puta svjetla unutarćelije pa tako i mogućnost apsorpcije, odnosno pretvaranje svjetlosne u električnuenergiju.

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.Plodinec1,4, 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 d.o.o. Cehovska 106, Varaždin

Porozne TiO2 nanostrukture se standardno koriste u perovskitnim i bojomsenzitiziranim fotonaponskim ćelijama (PV) kao sloj za vođenje elektrona. Koriste sezbog prikladnog energijskog procjepa (”band gap”) za prihvaćanje elektrona iz aktivnogsloja PV, međutim, elektronska vodljivost u TiO2 je relativno niska. S druge strane,cinkov oksid ima odličnu elektronsku vodljivost ali kemijska stabilnost mu je relativnomala. Kako ZnO ima energijski procjep pogodan za kombiniranje s TiO2 u primjeni zatransport elektrona, cilj ovog istraživanja je depozicija TiO2 (primjenom različitihmetoda) na ZnO nanostrukturu u obliku nanostupića (ZNR). ZnO je sintetiziran u oblikunanostupića kako bi se povećala njegova aktivna površina, dok TiO2 sloj pogodujestabilnosti pripremljenih nanostupića, ukupnoj vodljivosti nanokompozita kao i njegovimoptičkim svojstvima.

U cilju pripreme jezgra-ljuska (“core-shall”) nanostrukture, ZNR su pripremljenisol-gel postupkom i naknadnim žarenjem, radi dobivanja kristaliničnosti. Kako bi seizbrao najoptimalniji postupak depozicije, TiO2 je nanesen na ZNR pomoću pulsnelaserske depozicije (PLD), reaktivnog magnetronskog rasprašenja (MS), te nanošenjemsol-gela od TiO2, nakon čega slijedi žarenje pri 400-450 °C. Struktura jezgra-ljuskananostrukture je istražena pomoću mikro-Ramanove spektroskopije, dok je morfologija istruktura na nano-skali istražena pomoću transmisijske i skenirajuće elektronskemikroskopije visoke rezolucije. Optička svojstva su istražena pomoću UV-visspektroskopije, 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 imanajpovoljnija opto-električna svojstva) je optimizirana na 400 C. Pokazano je damorfologija 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 postupkaza pripravu TiO2, glavni parametar je broj slojeva koji su naneseni na ZNR. Korelirana jestruktura pripravljenih TiO2@ZnO jezgra-ljuska tankih filmova s parametrima priprave teoptičkim i električnim svojstvima. Optička i električna svojstva dobivenih materijala bitće diskutirana u odnosu na PV primjenu nanokompozita.

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, sufinanciralaHrvatska zaklada za znanost projektima IP-2014-09-9419 i IP-2018-01-5246.

Detektiranje defekata u poluvodičkim materijalima istrukturama korištenjem optičkih metoda

(luminiscencije i fotoreflektacije)

Davor Gracin1, Krunoslav Juraić1, Rajko Kušen2 i Hrvoje Mintas2

1Institut Ruđer Bošković 2Solvis, Cehovska 106, 42000 Varaždin

Optička karakterizacija materijala podrazumijeva mogućnost mjerenja interakcijeelektromagnetskog vala sa materijalom. Za tanke poluvodičke filmove uobičajeno jemjerenje apsorpcije, refleksije i luminiscencije. Za deblje fimove i poluvodičke struktureje pogodnija kombinacija luminiscencije i refleksije. Refleksija odražava pretežno stanjana površini dok luminiscencija omogućava više volumnu karakterizaciju. Fizikalnogledano, luminiscencije je emisija elektromagnetskog vala koja nastaje skokovitimgubitkom energije elektrona pri prelazu sa višeg energijskog nivoa na niži. Pri tom seemitira foton koji odgovara razlici energija tih nivoa.Ukoliko je elektronima dovedenaenergija narinutim naponom govorimo o elektroluminiscenciji a ako se radi o optičkojuzbudi, 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 ekscitiranogelektrona izgubi nizom malih koraka t.j. pređe u toplinu. U slučaju poluvodiča, postojeodvojene zone energija, vodljiva i valentna vrpca, koje formiraju energijski procijepenergije Eg. Ukoliko nema značajnije koncentracije strukturnih i ekstrinsičnih defekata,koncentracija stanja u zabranjenom pojasu je mala i jedini prijelaz je vodljiva-valentnavrpca a u emitiranom svjetlu je prisutna samo linija koja odgovara energiji optičkogprocijepa, Eg. Ukoliko postoje značanije koncentracije defekata koje formiraju vrpcu uzabranjenom pojasu, u luminiscentnom spektru se pojavljuju i linije kojima valne duljineodgovaraju energijama manjim od Eg. Ukoliko je koncentracija defekata velika,luminiscencija je nemjerljiva.

U karakterizaciji materijala, luminiscencija pruža dragocjene podatke o točkastimdefektima koji u velikoj mjeri utječu na transportna svojstva materijala a ne vide sestandardnim strukturnim mjerenjima. Za slučaj poluvodičkih tankih fimova, najčešće sekoristi fotoluminiscencija.

U karakterizaciji poluvodičkih sklopova, kao što su solarne ćelije, karakterizacijase standardno vrši elektroluminiscencijom. Puštanjem struje kroz kontakte, uslijedrekombinacije elektrona sa šupljinama, uređaj emitra svjetlo za slučaj da ne postojeznačajniji defekti. Ako ih ima, svjetlo je slabije ili ga nema. Analizom distrubicijeintenziteta emitranog svjetla, moguće je ocijeniti kvalitetu uređaja.

Ukoliko se radi o kristalnom siliciju, valne duljine su u infra-crvenom području idetekcija zračenja podrazumijeva kameru osjetljivu tom dijelu spektra, što ima utjecaj nacijenu 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".