RU1801232C

RU1801232C - Твердотельный фотогальванический элемент дл преобразовани энергии света в электрическую энергию

Info

Publication number: RU1801232C
Application number: SU914941440A
Authority: RU
Inventors: Николай Федорович Губа; Виталий Дмитриевич Походенко
Original assignee: Институт Физической Химии Им.Л.В.Писаржевского
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1993-03-07

Abstract

Использование: изобретение относитс к электротехнике и касаетс твердотельных фотогальванических элементов дл преобразовани энергии света в электрическую энергию. Сущность: фотогальванический элемент представл ет собой сэндвич-структуру, включающую неорганический полупроводник п-типа - кремний, электропровод щий органический полимер - поли-Ы-эпоксипропил- карбазол, допированный пентахлоридом сурьмы, толщиной сло 200 600К и полупрозрачную пленку золота. 1 ил., 2 табл, s Ё

Description

Изобретение относитс к электротехнике и касаетс твердотельных фотогальванических элементов дл преобразовани энергии света в электрическую энергию.

Цель изобретени - повышение эффективности элемента в процессе преобразовани энергии света в электрическую энергию и его стабильности в процессе хранени и эксплуатации.

Поставленна цель достигаетс тем, что в твердотельном фотогальваническом элементе , представл ющем собой сэндвич-структуру , включающую монокристаллический полупроводник- кремний с n-типа проводимо; стью и пленку золота, в качестве электропро - вод щего органического полимера используют поли-М-эпоксипропилкарбазол, допированный пентахлоридом сурьмы.

Сущность изобретени по сн етс следующими примерами.

Пример 1, Твердотельный фотогальванический элемент готов т путем нанесени сло поли-М-эпоксипропилкарбазола (ПЭПК) на поверхность монокристалличё- ского кремни n-типа с ориентацией (111) и удельным сопротивлением 4,0м см. С этой целью на тыльную сторону кристалла n-Si площадью 1 см2 нанос т омический контакт с использованием индийгаллиевой эвтектики , который снабжают выводом из медной проволоки, и всю эту сторону кристалла покрывают эпоксидной смолой. Лицевую свободную грань кремни трав т трижды в 48 %-ном водном растворе HF в течение 20 с, промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе. Затем приготовленный таким образом электрод погружают в раствор

00

о

ю со го

со

поли -эпоксипропилкарбазола в бензоле с концентрацией 5,0 моль/л (0,055 г полимера с молекул рным весом 1100 раствор ют в 10 мл бензола квалификации хч), выдерживают в растворе 15 с, вынимают и сушэт на воздухе. Процесс допировани пленки поли-М-эпоксипропилкарбазола, нанесенной на кремний, осуществл ют путем погружени электрода на 10 с в раствор пен- тахлорида сурьмы в ацетонитриле (концентраци SbCb равна 5,6 моль/л), затем электрод промывают ацетонитрилом и сушат на воздухе. Эту операцию провод т три раза. В результате допировани полимера пентахлоридом сурьмы бесцветна пленка ПЭПК приобретает зеленую окраску, а в спектре поглощени по вл етс полоса с максимумом 800 нм, принадлежаща , катион-радикальному карбазольному хромофору . Спектр поглощени допированного снимают на спектрофотометре Specord UV VIS, при этом пленку полимера нанос т на кварцевую оптически прозрачную пластину и допируют описанным выше путем.

Толщина пленки допированного ПЭПК на поверхности кремни составл ет пор дка 200 А, а ее удельна электропроводность, равн етс 6 , которую определ ют по стандартной методике с использованием четырехточечного зонда. На поверхность пленки допированного поли-М- эпоксипропилкарбазола методом термовак у- умного напылени нанос т полупрозрачную пленку золота толщиной 100 А и с помощью серебр ной пасты подвод т вывод из медной проволоки. В результате проведенных операций получают фотогальванический элемент с сэндвич-структурой n-SI (ПЭПК), допированный SbCls/Au, схематическое изображение которого представлено на чертеже, где 1 - монокристалл кремни с n-типа проводимостью; 2 - галлийиндиева эвтектика; 3 - вывод.из медной проволоки; 4 - ПЭПК, допированный пентахлоридом сурьмы; 5 - тонкий слой золота; V - вольтметр . Основные характеристики данного элемента определ ют с помощью вольтметра В7-21 и потенциостата ПИ-50-1 при облучении светом лампы накаливани КГМ-24В, 150 Вт, через стекл нные светофильтры СЗС-24 с интенсивностью падающего света 21,2 мВт/см2. Полученные значени напр жени холостого хода Uxx, тока короткого замыкани 1Кз, фактора заполнени f и КПД приведены в табл. 1,

Пример 2. Фотогальванический элемент готов т как в примере 1, с той лишь

разницей, что в качестве полимерного сло используют недопированный поли-Ы-эпок- сипропилкарбазол, т. е. исключают стадию допировани .полимера SbCls. Полученные

значени Uxx и кз приведены в табл. 1.

Пример 3. Твердотельный фотогальванический элемент, приготовленный по примеру 1, хран т в течение 12 мес цев на воздухе и затем измер ют его характеристики (Uxx и кз) при облучении светом лампы накаливани КГМ-24В, 150 Вт, через стекл нные светофильтры СЗС-24 с интенсивностью падающего света 21,2 мВт/см2. Полученные результаты приведены в табл. 1.

П р и м е р 4. Твердотельный фотогальванический элемент, приготовленный по примеру 1, облучают как в примере 3 в течение 98 ч и затем измер ют его характеристики (Uxx и 1Кз), которые приведены в табл. 1.

П р и м е р 5. Твердотельный фотогальванический элемент готов т как в примере 1, с той лишь разницей, что в качестве органического карбазолсодержащего полимера используют поли-М-винилкарбазол (ПВК) с

молекул рным весом 1000, характеризующийс после допировани SbCIs удельной электропроводностью 5 Ом . Полученные значени .Uxx и кз приведены в табл. 1.

Примеры 6-9. Твердотельные фотогальванические элементы готов т как в примере 1, с той лишь разницей, что варьируют концентрацию поли-Н-эпоксипропил- карбазола в бензоле (5,0 , 1,0 ,

Claims

8,0 :. , 1,0 моль/л), из которого нанос т пленку полимера на поверхность кремни . Толщина пленок допированного ПЭПК на кремнии составл ет 1500, 600, 400 А. Полученные значени Uxx и Кз дл элементов , приготовленных в примерах 6 - 9, а также в примере 1, приведены в табл.
2. Формула изобретени Твердотельный фотогальванический элемент дл преобразовани энергии света

в электрическую энергию на основе сэндвич-структуры , включающей неорганический полупроводник кремний п-типа проводимости, электропровод щий органический полимер и пленку золота, о т л и ч аю щ и и с тем, что, с целью повышени эффективности элемента в процессе преобразовани энергии света в электрическую энергию и его стабильности в процессе хранени и эксплуатации, в качестве электропровод щего органического полимера используют поли-М-эпоксипропилкарбазол, допированный пентахлог идом сурьмы, с толщиной сло 200 «- 600 А.

Т а б л и ц а 1

Основные характеристики элементов дл преобразовани энергии света в электрическую

энергию

Элемент, приготовленный по примеру 3, хранилс в течение 12 мес цев на воздухе. Элемент, приготовленный по примеру 4, облучали 98 ч, а затем измер ли Uxx и кз.

Таблица2

Вольтамперные характеристики твердотельных фотогальванических элементов при различных толщинах сло электропровод щего органического полимера

Таблиц а 3 Основные характеристики предлагаемого элемента и элемента по прототипу

Продолжение табл. 3