Заведующий - д.ф.-м.н. Шевалеевский Олег Игоревич

Телефон: (499) 137-83-03

 

Шевалеевский О.И. окончил Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова в 1972 г. (кафедра низких температур), аспирантуру Института физики твердого тела АН СССР (ИФТТ), кандидат физ.-мат. наук по специальности “физика твердого тела” (1978 г., ИФТТ, Черноголовка), доктор физ.-мат. наук по специальности “физическая химия” (2004 г., ИБХФ, Москва). До 1981 г. работал в ИФТТ АН СССР (лаборатория ак. В.Ф. Гантмахера). С 1981 по 1996 гг. работал в Институте химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН (ИХФ), в 1982 г. создал и возглавил группу, затем лабораторию Солнечных фотопреобразователей. В 1994 году по приглашению академика А.Е. Шилова перешел с лабораторией в организованный им Институт биохимической физики РАН (ИБХФ). В 1992 г. – приглашенный ученый Института Солнечной энергии Ганновера (Германия). С 1999 по 2008 гг. – приглашенный профессор, приглашенный эксперт Корейского Института передовой науки и технологии (KAIST, Daejeon, South Korea). Области научных интересов - химическая физика, солнечная фотовольтаика, биомиметика, молекулярная электроника, процессы фотопреобразования энергии, органические полупроводники, наноструктурированные материалы.

 

Основные направления исследований

 

• Физика процессов преобразования солнечной энергии в электрическую;
• Фотоиндуцированный перенос носителей заряда и перенос энергии в органических и молекулярных полупроводниковых системах и на границе раздела полупроводник/электролит;
• Кинетика и механизмы элементарных фотоиндуцированных процессов в конденсированных материалах;
• Сенсибилизированные мезоскопические металло-оксидные солнечные фотопреобразователи;
• Новые наноструктурированные материалы для солнечной фотовольтаики;
• Тандемные солнечные фотопреобразователи.

 

 

В 1974 г. академик Н.Н. Семёнов организовал новое научное направление “Изыскание новых путей использования солнечной энергии”, которое было закреплено в одноименном названии комплексного Научного совета Президиума АН СССР. Основная идея Н.Н. Семёнова заключалась в необходимости поиска принципиально новых решений в области солнечной энергетики с конечной целью использования энергии солнца как основного, экологически чистого и практически неисчерпаемого для планеты источника энергии. Пути решение этого вопроса рассматривались через призму возможностей науки химической физики [Н.Н. Семёнов. Проблемы энергетики. Научное слово 2-3 (1931) 3; Н.Н. Семёнов. Об энергетике будущего. Наука и жизнь 10 (1972) 16]. В конце 1960-х годов в ИХФ стали активно развиваться исследования по фундаментальным аспектам процессов преобразования солнечной энергии, моделированию процессов фотосинтеза и разработке новых типов молекулярных систем для солнечной энергетики. В ИХФ и на руководимой Н.Н. Семёновым кафедре химической кинетики МГУ пионерами в этой области были А.Е. Шилов, В.А. Бендерский, Г.Б. Сергеев, Г.Г. Комиссаров, Ю.Г. Бородько, М.Л. Хидекель, И.В. Березин, С.Д. Варфоломеев, К.И. Замараев, Э.М. Трухан, А.И. Кокорин и др. [Н.Н. Семёнов, А.Е. Шилов. Преобразование солнечной энергии. М. Наука, 1985]. Также по распоряжению Н.Н. Семёнова в ИХФ была организована лаборатория солнечных фотопреобразователей, которую возглавил О.И. Шевалеевский. Основной задачей лаборатории было изучение фундаментальных процессов преобразования световой энергии в электрическую в органических, молекулярных и наноструктурных материалах и создание на их основе новых типов эффективных солнечных элементов.

            В начале 1980-х годов в лаборатории был проведен цикл экспериментальных и  теоретических работ по изучению процессов фотогенерации и транспорта электронов и ионов в полупроводниковых материалах со структурой ядро-оболочка, результатом чего стала публикация серии статей совместно с М.В. Алфимовым и М.А. Кожушнером. В частности, был предложен дислокационный механизм образования скрытого изображения в микрочастицах галогенидов серебра. К тому же периоду относятся работы лаборатории по исследованию механизмов фотопроводимости в допированном полиацетилене (CH)_х и разработка на его основе фотоэлектрохимического солнечного элемента [О.К. Карягина, А.А. Харламов, О.И. Шевалеевский, ДАН СССР 292 (1987) 37; О.И. Шевалеевский, Л.Л. Ларина, Н.К. Трусевич, М.Л. Хидекель, ДАН СССР 291 (1986) 134].

            В 1990-е годы большой цикл работ был посвящен исследованию механизмов фотопреобразования энергии в органических гетероструктурах и разработанных в лаборатории СЭ на основе фталоцианинов, периленов, фуллеренов в сочетании с широкозонными полупроводниками на основе TiO₂, ZnO и др. Впервые был создан и исследован органический СЭ типа ZnPc/C₆₀ и изучены перспективы использования MPc-C₆₀ композитов [O. Shevaleevskiy, V. Poponin, L. Larina, Mater. Sc. Forum 173-174 (1995) 117]. Была разработана феноменологическая теория, которая описывала поведение спектров действия фототока в тонкопленочных органических СЭ с учетом эффектов фотопроводимости [О.И. Шевалеевский, ДАН 398 (2004) 1]. Однако результаты наших работ убедительно показали, что СЭ на основе тонкопленочных молекулярных материалов в ближайшей перспективе не будут в состоянии конкурировать с СЭ на основе классических кристаллических полупроводников. Как было показано, главные ограничения обусловлены доминирующим в таких материалах неэффективным диффузионным механизмом переноса, малой диффузионной длиной (~ 10–20 нм), малым временем жизни носителей и низкой стабильностью органических материалов [O. Shevaleevskiy, Pure Appl. Chem. 80 (2008) 2192]. Параллельно с работами по органическим СЭ в лаборатории проводились исследования твердотельных полупроводниковых материалов и фотовольтаических СЭ на основе аморфного (a-Si), нанокристаллического (nc-Si) кремния и халькогенидов (CIGS). Была изучена и экспериментально подтверждена определяющая роль спин-содержащих дефектов в процессах переноса электронов в гетерогенных кремниевых структурах [O. Shevaleevskiy, S.Y. Myong, K.S. Lim, Solid St. Com. 128 (2003) 355].

      В последнее десятилетие одним из важнейших направлений работы лаборатории стали исследования процессов преобразования энергии в СЭ на основе сенсибилизированных нанокристаллических металло-оксидов или в DSSC (dye-sensitized solar cells) и конструирование на их основе высокоэффективных фотопреобразователей. Среди основных достижений, приоритет которых признан мировым фотовольтаическим сообществом, следует отметить разработку и создание тандемного металло-оксидного СЭ (tandem DSSC). Другим важным моментом стала разработка и изучение допированных РЗЭ и Nb наноструктур TiO₂ и создание эффективных DSSC на их основе [N.A. Tsvetkov, L.L. Larina, O. Shevaleevskiy, B.T. Ahn, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 20 (2012) 904]. В плане изучения механизмов преобразования световой энергии на границе полупроводник-электролит, нами проведен цикл работ, который показал определяющую роль поверхностных состояний и дал теоретическое описание возможности генерации электронов фотонами с энергией ниже энергии запрещенной зоны [L.L. Larina, E.M. Trukhan, O. Shevaleevskiy, J. Electrochem. Soc. 155 (2008) H529].

            Важным направлением работы лаборатории последних лет стала разработка новых типов солнечных панелей для работы в условиях низкой солнечной инсоляции: были созданы, сконструированы и установлены на здании ИБХФ для проведения постоянного мониторинга различные виды солнечных панелей DSSC большой площади, тандемных панелей DSSC/CIGS, солнечных панелей DSSC c концентратором, и, в качестве сравнения, основные типы коммерческих кристаллических солнечные панелей (с-Si, а-Si, CIGS). Для этой цели разработан и создан измерительный комплекс, который в реальном времени осуществляет запись основных параметров работы солнечных панелей (ток, напряжение, вырабатываемая мощность) в течение календарного года. Проведение сравнительного годового мониторинга показало, что в условиях средней полосы России, на широте Москвы, разработанные нами DSSC панели имеют существенное преимущество перед традиционными кристаллическими преобразователями на основе кремния за счет того, что эффективность преобразования солнечной энергии в DSSC практически ни меняется при уменьшении уровня солнечной инсоляции и в условиях диффузного освещения. Результаты разработок отражены в целом ряде полученных сотрудниками лаборатории и поданных на экспертизу патентов.

            В рамках проведения сравнительного мониторинга солнечных панелей, в 2014 году на бензозаправочных станциях в г. Сочи установлены солнечные модули на основе кремниевых панелей и тонкопленочных панелей CIGS. Результаты мониторинга показали существенное преимущество панелей CIGS для работы в реальных условиях низкой освещенности и в пасмурную погоду.

Состав лаборатории

Шевалеевский Олег Игоревич, зав. лаб., д.ф.-м.н.

Козлов Сергей Сергеевич, зам. зав. лаб., к.х.н.

Вильданова Марина Фаритовна, м.н.с.

Иванова Виктория Михайловна, н.с.

Карягина Ольга Кирилловна, н.с.

Кузнецов Леонтий Иванович, м.н.с.

Кумалагова Нина Яковлевна, инж.

Ларина Людмила Леонидовна, ст.н.с., к.ф.-м.н.

Никольская Анна Борисовна, н.с., к.х.н.

Проскуряков Александр Александрович, инж.

Скачков Михаил Павлович, инж, к.ф.-м.н.

Тодинова Анна Вячеславовна, н.с., к.х.н.

Унтила Геннадий Григорьевич, н.с., к.ф.-м.н.

Цветков Николай Алексеевич, инж., Ph.D.

 

15 избранных публикаций

Dao D., Choi A., Larina L.L., Shevaleevskiy O., Choi H.S. A facile synthesis of bimetallic AuPt nanoparticles as a new transparent counter electrode for quantum-dot-sensitized solar cells. J. Power Sources 274 (2014) 831-838.

Dao D., Choi A., Larina L.L., Choi H.S. Minimizing energy losses in perovskite solar cells using plasma-treated transparent conductive layers. Thin Solid Films 593 (2015) 10.

Tsvetkov N.A., Larina L.L., Shevaleevskiy O., Ahn B.T. Design of conduction band structure of TiO₂ electrode using Nb doping for highly efficient dye‐sensitized solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 20 (2012) 904-911.

Tsvetkov N., Larina L., Shevaleevskiy O., Ahn B.T. Electronic structure study of lightly Nb-doped TiO₂ electrode for dye-sensitized solar cells. Energy & Enviromental Science 4 (2011) 1480-1486.

Tsvetkov N., Larina L., Shevaleevskiy O., Ahn B.T. Effect of Nb Doping of TiO2 Electrode on Charge Transport in Dye-Sensitized Solar Cells. J. Electrochem. Soc. 158 (2011) B1281-B1285.

Larina L., Shin D., Ahn B.T. Alignment if energy levels at the ZnS/CuInGaSe interface. Energy & Environment Science 4 (2011), 3487-3493.

Larina L., Shin D.H., Tsvetkov N. Growth of ultrathin Zn compound buffer layer by a chemical bath deposition for Cu(In,Ga)Se₂ solar cells. J. Electrochem. Soc. 156 (2009) D469-D473.

Shevaleevskiy O. The future of solar photovoltaics: a new challenge for chemical physics. Pure Appl. Chem. 80 (2008) 2192-2204.

Shevaleevskiy O., Lim K.S. Nanocrystalline silicon and silicon carbide for solar photovoltaics: the key role of spin defects. Pure Appl. Chem. 80 (2008) 2141-2150.

Larina L.L., Trukhan E.M., Shevaleevskiy O. Charge Transfer across a ZnO/Electrolyte Interface Induced by Sub-Bandgap Illumination: Role of the Surface States. J. Electrochem. Soc. 155 (2008) H529-H535.

Shevaleevskiy O., Myong S.Y., Tsvetkov N., Lim K.S. ESR studies of hydrogen-induced paramagnetic defects in nanocrystalline ZnO films. J. Non-Cryst. Solids 354 (2008) 3237-3240.

Shevaleevskiy O., Larina L., Lim K.S. Effects of the bulk photoconductivity on photocurrent action spectra of molecular p-n heterojunction solar cells. J. Electrochem. Soc. 153 (2006) A1-A4.

Shevaleevskiy O., Myong S.Y., Lim K.S. Spin defects and transport in hydrogenated nanocrystalline silicon films produced by photo-CVD. Solid St. Com. 128 (2003) 355-358.

Шевалеевский О.И., Кожушнер М.А., Алфимов М.В. Роль дислокаций в механизмах фотоиндуцированного транспорта в неоднородных системах AgHal. ЖНИПФ 37 (1992) 109-116.

Shevaleevskiy O.I., Poponin V.P., Larina L.L. Laser deposited fullerene and phthalocyanine based solar cells. Mater. Sc. Forum 173-174 (1995) 117-122.