RU2292097C1 - Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления - Google Patents
Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292097C1 RU2292097C1 RU2005126443/28A RU2005126443A RU2292097C1 RU 2292097 C1 RU2292097 C1 RU 2292097C1 RU 2005126443/28 A RU2005126443/28 A RU 2005126443/28A RU 2005126443 A RU2005126443 A RU 2005126443A RU 2292097 C1 RU2292097 C1 RU 2292097C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- polymer
- mixture
- film
- polyaniline
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к конструкции и способу изготовления фотоэлектрических элементов для получения электрической энергии. Технический результат изобретения: получение кремниевополимерного фотоэлектрического модуля с высоким кпд преобразования 70-90% и широким диапазоном длин волн от 3·10-2 до 10-11 см. Сущность: изготавливают фотопреобразователь на основе монокристаллического кремния, на который методом потенциостатического циклирования наносят полимерную пленку, которая состоит из смеси проводящих полимеров - полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в соотношении 10:8:4. Также предложен способ изготовления данного кремниевополимерного модуля. 2 н.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к полупроводниковой технике и, в частности, к области создания фотоэлектрических источников электрической энергии.
Основной целью технических решений в этой области является повышение к.п.д. источников электроэнергии, повышение их стабильности и упрощение технологии изготовления.
Известны кремниевополимерные фотоэлектрические модули, в которых за счет слоевого сопротивления к.п.д. повышается приблизительно на 10%. Однако общее к.п.д. остается низким (RU №1.222.152, H 01L 31/18).
Известны многослойные фотоэлектрические модули, в которых совместная способность всех слоев генерировать электрический ток позволяет достичь к.п.д. преобразования 10-15% при освещенности 1000 Вт/м2, однако волновой диапазон при этом остается узким (RU №2190901, H 01L 31/18).
Известны фотопреобразователи, выполненные на основе монокристаллического кремния, однако стабильность этих элементов наблюдается в узком диапазоне напряжений и ограниченном диапазоне падающего света. К.п.д. преобразования этих элементов около 10% (RU 2127471, Н 01L 31/18). Это техническое решение является наиболее близким к заявленному.
Были предприняты попытки повысить к.п.д. преобразования фотоэлектрического модуля за счет использования полианилина ПАн («Электрохимия полимеров», изд. Наука, 1991 г., с.191-192).
Было обнаружено, что ПАн может работать в качестве фотоэлектрода, причем величина и направление фототока зависят от окислительного состояния ПАн.
В максимально окисленном состоянии ПАн аналогичным образом работает как полупроводник n-типа, являясь фотоанодом, правда, при этом он быстро деградирует.
В промежуточных окислительных состояниях, фиксируемых подачей определенных потенциалов на полианилиновый электрод, фотоэлектрохимическое поведение ПАн более сложно, разнообразно и не вполне понятно.
Электропроводность ПАн при освещении возрастает, причем это снова связано с действием ИК-света. Чем ниже темновая электропроводность, тем значительнее ее повышение под влиянием света: для ЛЭ эффект достигает 500%.
Однако данный способ не нашел на сегодняшний день применения в промышленности. Это связано с деградацией органического полимера со временем, незначительным к.п.д. преобразования солнечной энергии в электрическую, ограниченным частотным диапазоном, сложностью формирования электродных материалов.
С другой стороны, известно техническое решение, позволяющее формировать проводящие пленки, состоящие из смеси полимеров, включающих полианилин, основанный на электрохимической окислительной поликонденсации соответствующих мономеров (RU №2209424, G 01 N 27/12). Оно заключается в следующем.
Подложка с нанесенной на нее гребенчатой структурой опускается в раствор, состоящий из 1 моль/л раствора соляной кислоты и смеси мономеров анилина, силаноанилина и стануманилина. В гальванической ванне в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от 5,5 до 7 В и от -2 до -3,5. В на рабочем электроде, который представляет из себя ситаловую подложку с нанесенными на нее взаимопроникающими проводящими гребенчатыми электродами, синтезируется полимерная смесь. Получаемая смесь осаждается в виде тонкой проводящей пленки на гребенчатой структуре. Пленка полианилина, которая образуется одновременно при электрополимеризации наряду с полисиланоанилином и полистануманилином из-за высокого анодного потенциала частично растворяется и, таким образом, на рабочем электроде образуется пленка из смеси трех проводящих полимеров - полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в массовом соотношении 7:4:2. Режим нанесения пленки выбирается таким образом, чтобы достичь оптимального содержания полимеров в вышеприведенном соотношении. Этим достигается стабильность и чувствительность нанесенной пленки. Однако данная пленка предназначена для взаимодействия с активными газами и не пригодна для эффективного преобразования электромагнитного излучения в электрический ток.
Техническая задача заключается в создании кремниевополимерного фотоэлектрического модуля с высоким к.п.д. преобразования и широким диапазоном длин волн и наиболее технологичном способе его изготовления.
Технический результат достигается за счет изготовления гибридного фотопреобразователя, состоящего из солнечного элемента на основе монокристаллического кремния, на который методом потенциостатического циклирования нанесена полимерная пленка, состоящая из смеси проводящих полимеров: полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в заданных соотношениях, а также способе изготоволения этого устройства.
К.п.д. фотоэлектрического модуля, согласно настоящему изобретению, достигает порядка 70-90%, диапазон электромагнитных волн, преобразующихся в электрическую энергию от 3·10-2 до 10-11 см.
Существо изобретения сводится к тому, что в кремниевополимерном фотоэлектрическом модуле, выполненном на основе монокристаллического кремния, покрытого проводящей полимерной пленкой, вышеуказанная пленка представляет собой смесь из трех проводящих полимеров - полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в массовом соотношении 10:8:4. При этом предлагается выполнить кремниеполимерный фотоэлектрический модуль путем погружения готового солнечного элемента на основе монокристаллического кремния в виде пластины в качестве рабочего элемента в гальваническую ванну с раствором, состоящим из 1,8 моль/л раствора соляной кислоты и смеси мономеров анилина, силаноанилина и стануманилина, создания режима потенциостатического циклирования при потенциале 7,5-10 В и от -3 до -5,5 В и синтеза полимерной смеси до образования на рабочем элементе пленки из смеси трех проводящих полимеров - полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в массовом соотношении 10:8:4.
Далее приведен пример изготовления устройства согласно настоящему изобретению.
Готовый солнечный элемент на основе монокристаллического кремния выполнен в виде пластины размером 40×20×1,5 мм.
Установив его в качестве рабочего электрода, последний опустили в гальваническую ванну для электрополимеризации, в которую затем добавили раствор, состоящий из 1,8 моль/л раствора соляной кислоты и смеси мономеров анилина, силаноанилина и стануманилина. Затем установили режим потенциостатического циклирования при потенциалах 7,5-10 В и от -3 до -5,5 В. На рабочем электроде провели электрополимиризацию. В качестве противоэлектрода был использован графитовый стержень. Пленка полианилина, которая образовалась одновременно с полисиланоанилином и полистануманилином из-за высокого анодного потенциала частично растворилась на рабочем электроде, а именно на поверхности монокристаллического кремния, таким образом, образовалась пленка из смеси трех проводящих полимеров - полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в массовом соотношении 10:8:4. Полученный таким образом кремниевополимерный фотоэлектрический модуль в виде пластины 40×20×1,5 мм имеет следующие электрофизические характеристики: напряжение холостого хода при освещении от 0 до 100000 ЛК менялось от 1,25 до 1,2 В соответственно. Сила тока короткого замыкания изменялась в соответствии с таким же изменением освещенности в диапазоне от 0,15 до 0,82 А соответственно в диапазоне длин волн от 7,6·10-5 до 4·10-5 см, поскольку изготовленный кремниевополимерный фотоэлектрический модуль выдавал электрический ток при полной темноте. Фотоэлектрический модуль был также проверен в инфракрасном диапазоне 3·10-2-7,6·10-5, в ультрафиолетовом 4·10-5-6·10-5 и рентгеновском до 10-11.
Сила тока короткого замыкания при отсутствии видимого света и при облучении элемента соответственно каждым источником составила 0,15 А при напряжении холостого хода 0,25-0,3 В.
Проведенными испытаниями установлено, что полученный таким способом фрагмент кремниевополимерного фотоэлектрического модуля представляет из себя элемент с ранее указанными характеристиками:
напряжение холостого хода при освещенности от 0 до 100000 ЛК - 0,2-1,4 В соответственно. Диапазон электромагнитных волн, преобразующихся в электрическую энергию, от 3·10-2 до 10-11 см, сила тока короткого замыкания в зависимости от площади элемента может меняться в диапазоне от 0,1-100 А. Кпд элемента достигает 70%. За счет создания комбинированной системы преобразования, охватывающей как обычный диапазон монокристаллического кремниевого преобразователя, так и диапазон вплоть до гамма измерения за счет работы полимерной пленки согласно настоящему изобретению, создан эффективный стабильный солнечный элемент, способ изготовления которого является достаточно простым.
Таким образом, предложенная группа изобретений соответствует условию промышленной применимости, новизне и изобретательскому уровню.
Claims (2)
1. Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль, выполненный на основе монокристаллического кремния, покрытого проводящей полимерной пленкой, отличающийся тем, что монокристаллический кремний покрыт пленкой из смеси трех проводящих полимеров - полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в массовом соотношении 10:8:4.
2. Способ изготовления кремниевополимерного фотоэлектрического модуля по п.1, отличающийся тем, что готовый солнечный элемент, выполненный на основе монокристаллического кремния в виде пластины, в качестве рабочего элемента опускают в гальваническую ванну с раствором, состоящим из 1,8 моль/л раствора соляной кислоты и смеси мономеров анилина, силаноанилина и стануманилина, создают режим потенциостатического циклирования при потенциале 7,5-10 В и от -3 до -5,5 В и синтезируют полимерную смесь до образования на рабочем элементе пленки из смеси трех проводящих полимеров - полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в массовом соотношении 10:8:4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005126443/28A RU2292097C1 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005126443/28A RU2292097C1 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2292097C1 true RU2292097C1 (ru) | 2007-01-20 |
Family
ID=37774770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005126443/28A RU2292097C1 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2292097C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010071474A1 (ru) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" | Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль для низких широт и способ его изготовления |
| RU2586263C1 (ru) * | 2014-12-08 | 2016-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Аналитические приборы и специальные технологии защиты" | Гибридный многослойный фотоэлектрический преобразователь |
-
2005
- 2005-08-22 RU RU2005126443/28A patent/RU2292097C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010071474A1 (ru) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" | Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль для низких широт и способ его изготовления |
| RU2586263C1 (ru) * | 2014-12-08 | 2016-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Аналитические приборы и специальные технологии защиты" | Гибридный многослойный фотоэлектрический преобразователь |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ileperuma et al. | Dye-sensitised photoelectrochemical solar cells with polyacrylonitrile based solid polymer electrolytes | |
| US4414080A (en) | Photoelectrochemical electrodes | |
| Zhu et al. | Impact of high charge-collection efficiencies and dark energy-loss processes on transport, recombination, and photovoltaic properties of dye-sensitized solar cells | |
| Xiao et al. | Pulse potentiostatic electropolymerization of high performance PEDOT counter electrodes for Pt-free dye-sensitized solar cells | |
| JP5135774B2 (ja) | 光電変換素子、及び太陽電池 | |
| Xie et al. | A high performance quasi-solid-state self-powered UV photodetector based on TiO 2 nanorod arrays | |
| Park et al. | Photoelectrochemical tandem cell with bipolar dye-sensitized electrodes for vectorial electron transfer for water splitting | |
| Laser et al. | Semiconductor Electrodes: VI. A Photoelectrochemical Solar Cell Employing a Anode and Oxygen Cathode | |
| CN1095206C (zh) | 作为电荷传送介质的有机材料的应用和含有该有机材料的电化学电池 | |
| Fu et al. | Dye-sensitized back-contact solar cells | |
| KR101635758B1 (ko) | 감광성 염료 용액, 이를 이용해서 제조된 염료감응 태양전지의 광전극, 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 | |
| US8748740B2 (en) | Asphaltene based photovoltaic devices | |
| KR101726127B1 (ko) | 블록 공중합체를 이용한 염료감응 태양전지용 상대전극 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 | |
| Yoo et al. | Standardizing performance measurement of dye-sensitized solar cells for indoor light harvesting | |
| RU2292097C1 (ru) | Кремниевополимерный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления | |
| Al Katrib et al. | Optimizing perovskite solar cell architecture in multistep routes including electrodeposition | |
| Oekermann et al. | Characterization of N, N′-dimethyl-3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid diimide and phthalocyaninatozinc (ii) in electrochemical photovoltaic cells | |
| RU77505U1 (ru) | Фотоэлектрический элемент | |
| RU2381595C1 (ru) | Кремниево-полимерный фотоэлектрический модуль для низких широт и способ его изготовления | |
| JP2011096399A (ja) | 光電気素子 | |
| JP2004071682A (ja) | 無機−有機薄膜複合材料 | |
| KR20230015709A (ko) | 넓은 밴드갭과 높은 안정성을 가진 금속유기골격체를 이용한 자외선 센서의 제조방법 및 이에 따라 제조한 자외선 센서 | |
| CA1239463A (en) | Photoelectrochemical solar cell and method of fabricating a substrate for such a cell | |
| RU1801232C (ru) | Твердотельный фотогальванический элемент дл преобразовани энергии света в электрическую энергию | |
| Tighilt et al. | Influence of the electropolymerization time on polypyrrole-based counter electrode properties in dye-sensitized solar cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180823 |