Твердотельный фотогальванический элемент для преобразования энергии света в электрическую энергию

 

Использование: изобретение относится к электротехнике и касается твердотельных фотогальванических элементов для преобразования энергии света в электрическую энергию. Сущность: фотогальванический элемент представляет собой сэндвич-структуру, включающую неорганический полупроводник п-типа - кремний, электропроводящий органический полимер - поли-Ы-эпоксипропилкарбазол, допированный пентахлоридом сурьмы, толщиной слоя 200 600К и полупрозрачную пленку золота. 1 ил., 2 табл, s Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 01 1 31/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ЯРА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :а

К ПАТЕНТУ

° °

l (21) 4941440/25 (22) 04.06.91 (46) 07.03.93. Бюл. М 9 (71) Институт физической химии им. Л.В.Писаржевского (72) Н, Ф. Губа и В. Д. Походенко (73) Институт физической химии им. Л, В.

Писа ржевского (56) $аИог M, Z., Klauetter F. L, Grubbs R. H., Levls N. S. Electronic properties оЦопебопз

between зйсоп and organic conducting

pollymersttNaturå. 1990, V,346, М 6280, р. 155 — 157.

Eblsawa F. Polyacetylene (СМх) solar cell, Transactions of the institute of Electronics

and Communications EngIneers of Japan Ser

D. 1981, V. 64, М 9. р. 597 — 598.

Изобретение относится к электротехнике и касается твердотельных фотогальванических элементов для преобразования энергии света в электрическую энергию.

Цель изобретения — повышение эффективности элемента в процессе преобразования энергии света в электрическую энергию и его стабильности в процессе хранения и эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что в твердотельном фотогальваническом элементе, представляющем собой сэндвич-структуру, включающую монокристаллический полупроводник- кремний с и-типа проводимостью и пленку золота, в качестве электропроводящего органического полимера используют поли-N-эпоксипропилкарбаэол, допированный пентахлоридом сурьмы.

ЫЛ 1801232 А3 (54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ СВЕТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ

ЭНЕРГИЮ (57) Использование: изобретение относится к электротехнике и касается твердотельных фотогальванических элементов для преобразования энергии света в электрическую энергию. Сущность: фотогальванический элемент представляет собой сэндвич-структуру, включающую неорганический полупроводник и-типа - кремний, электропроводящий органический полимер — поли-N-эпоксип ропилкарбазол, допированный пентахлоридом сурьмы, толщиной слоя 200 600 Х и полу- . Я прозрачную пленку золота. 1 ил., 2 табл, Сущность изобретения поясняется следующими п римерами.

amah

Пример 1. Твердотельный фотогаль- Q0 ванический элемент готовят путем нанесе- С) ния слоя поли-N-эпоксипропилкарбазола д (ПЭПК) на поверхность монокристаллического кремния и-типа с ориентацией (111) и удельным сопротивлением 4.Ом . см, С этой целью на тыльную сторону кристалла и-Si площадью 1 см наносят омический контакт

z с использованием индийгаллиевой. эвтектики, который снабжают выводом из медной { ь) проволоки. и всю эту сторону кристалла покрывают эпоксидной смолой. Лицевую свободную грань кремния травят трижды в 48 -ном водном растворе HF в течение 20 с, промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе. Затем приготовленный та. ким образом электрод погружают в раствор

1801232 поли-N-эпоксипропилкарбазола в бензоле с концентрацией 5,0 10 моль/л (0,055 r полимера с молекулярным весом 1100 растворяют в 10 мл бензола квалификации

"хч"), выдерживают в растворе 15 с, вынимают и сушат на воздухе. Процесс допирования пленки поли-N-эпоксипропилкарбазола, нанесенной на кремний, осуществляют путем погружения электрода на 10 с в раствор пентахлорида сурьмы в ацетонитриле (концентрация $ЬС!з равна 5,6 10 моль/л), затем электрод промывают ацетонитрилом и сушат на воздухе. Эту операцию проводят три раза. В результате допирования полимера пентахлоридом сурьмы бесцветная пленка

ПЭПК приобретает зеленую окраску, а в спектре поглощения появляется полоса с максимумом 800 нм, принадлежащая,.катион-радикальному карбазольному хромофору. Спектр поглощения допированного

ПЭВК снимают на спектрофотометре

"Specord UV VlS", при этом пленку полимера наносят на кварцевую оптически прозрачную пластину и допируют описанным выше путем.

Толщина пленки допированного ПЭПК на поверхности кремния составляет порядка 200 A, a ее удельная электропроводность. равняется 6 10 Ом " см, которую определяют по стандартной методике с использованием четырехточечного зонда. На поверхность пленки допированного поли-Nэпоксипропилкарбазола методом термовакуумного напыления наносят полупрозрачную пленку золота толщиной 100 А и с помощью серебряной пасты подводят вывод из медной проволоки. В результате проведенных операций получают фотогальванический элемент с сэндвич-структурой n-Si (ПЭПК), допированный SbOg/Au, схематическое изображение которого представлено на чертеже, где 1 — монокристалл кремния с и-типа проводимостью; 2 — галлийиндиевая эвтектика; 3 — вывод.из медной проволоки;

4 — ПЭПК, допированный пентахлоридом сурьмы; 5 — тонкий слой золота; V — вольтметр. Основные характеристики данного элемента определяют с помощью вольтметра В7-21 и потенциостата ПИ-50-1 при облучении светом лампы накаливания КГМ-24В, 150 Вт, через стеклянные светофильтры

С3С-24 с интенсйвностью падающего света

21.,2 мВт/см . Полученные значения напряжения холостого хода !.4», тока короткого замыкания !»,, фактора заполнения f и КПД приведены в табл. 1, Пример 2. Фотогальванический элемент готовят как в примере 1, с той лишь разницей, что в качестве полимерного слоя используют недопированный поли-N-ýnoêсипропилкарбазол, т, е. исключают стадию допирования. полимера $ЬС! . Полученные значения 0»х и !», приведены в табл, 1.

Пример 3. Твердотельный фотогальванический элемент, приготовленный по примеру 1, хранят в течение 12 месяцев на воздухе и затем измеряют его характеристики (!.!»» и !»3) при облучении светом лампы накаливания КГМ-24В, 150 Вт, через стеклянные светофильтры СЗС-24 с интенсивностью падающего света 21,2 мВт/см, Полученные результаты приведены в табл, 1.

15 Пример 4. Твердотельный фотогальванический элемент, приготовленный по примеру 1, облучают как в примере 3 в течение 98 ч и затем измеряют его характеристи. ки (Ох» и !»,), которые приведены в табл. 1, 20 Пример 5, Твердотельный фотогальванический элемент готовят как в примере

1, с той лишь разницей, что в качестве органического карбазолсодержащего полимера используют поли-N âèíèëêàðáàçîë (ПВК) с молекулярным весом 1000, характеризующийся после допирования SbCls удельной электропроводностью 5 10 Ом см .

Полученные значения.0»» и !», приведены в табл. 1.

Пример и 6 — 9, Твердотельные фотогальванические элементы готовят как B примере 1, с той лишь разницей, что варьируют концентрацию поли-N-ýnoêñènðonèëкарбазола в бензоле (5,0 10, 1,0 10, 8,0; 10, 1,0 10 з моль/л), из которого наносят пленку полимера на поверхность кремния. Толщина пленок допированного

ПЭПК на кремнии составляет 1500, 600, 400

А, Полученные значения U<» и !»3 для эле-.

40 ментов, приготовленных в примерах 6 — 9, а также в примере 1, приведены в табл. 2.

Формула изобретения

Твердотельный фотогальванический элемент для преобразования энергии света в электрическую энергию на основе сэндвич-структуры, включающей неорганический полупроводник кремний и-типа проводимости, электропроводящий органический полимер и пленку золота, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности элемента в процессе преобразования энергии света в электрическую энергию и его стабильности в процессе хранения и эксплуатации, в качестве электропроводящего органического полимера используют поли-N-эпоксипропилкарбазол, допированный пентахлоридом сурьмы, с толщиной слоя 200 - 600 А.

1801232

Таблица1

Основные характеристики элементов для преобразования энергии света в электрическую энергию

* Элемент, приготовленный по примеру 3, хранился в течение 12 месяцев на воздухе.

* Элемент, приготовленный по примеру 4, облучали 98 ч, а затем измеряли U)()(и! к3.

Таблица2

Вольтамперные характеристики твердотельных фотогальванических элементов при различных толщинах слоя электропроводящего органического полимера

ТаблицаЗ

Основные характеристики предлагаемого элемента и элемента по прототипу

1801232

Продолжение табл, 3

Составитель Н.Губа

Техред М,Моргентал

Редактор

Корректор Н.Гунько

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1191 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5