RU2554590C1 - Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей - Google Patents
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554590C1 RU2554590C1 RU2014103092/04A RU2014103092A RU2554590C1 RU 2554590 C1 RU2554590 C1 RU 2554590C1 RU 2014103092/04 A RU2014103092/04 A RU 2014103092/04A RU 2014103092 A RU2014103092 A RU 2014103092A RU 2554590 C1 RU2554590 C1 RU 2554590C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron
- methane
- donating
- polyaniline
- withdrawing
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую и может быть использовано в электрических устройствах, например солнечных батареях, которые имеют формирующие структуры на основе композиционных материалов. В частности, изобретение относится к фотоэлектрическому элементу, состоящему из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя содержащему метанофуллерены, где в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы
в которой R = -СООСН3, -Cl, а в качестве электронодонорного слоя используется допированный соляной кислотой полианилин или полианилин на основе метансульфокислоты. Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы преобразователей солнечной энергии в электрическую и напряжения холостого хода. 1 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую и может быть использовано в электрических устройствах, например солнечных батареях, которые имеют формирующие структуры на основе композиционных материалов.
Известны фотоэлектрические преобразующие материалы на основе производных фуллерена [патент US 8304643, кл. H01L 25/00, H01L 31/00, C07F 15/00, C07F 17/02, опубл. 23.04.2009], представленного формулой
где R1 - органическая группа, М - атом металла, L - лиганд.
Синтезирован обширный массив фуллереновых соединений, пригодных для использования в фотоэлектирических преобразующих устройствах. Однако известные применяемые фуллеренсодержащие соединения характеризуются высокой стоимостью из-за присутствия в молекуле металлоценового лиганда и низкими выходами целевого продукта при их синтезе.
Наиболее близким к предлагаемому решению является фотоэлектрический элемент [патент EP 2468704, кл. C07C 13/68, C07D 333/24, C07B 333/10, H01L 51/42. опубл. 24.07.2009], состоящий из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя служат метанофуллерены, используемые в качестве органических полупроводников в солнечных батареях, общей формулы
где X1 и X2 - моновалентная группа производных ароматических углеводородов, полициклических ароматических углеводородов, гетероароматических углеводородов, содержащих в своем скелете гетероатом. Представленные производные метанофуллеренов отличают хорошие растворимость, совместимость с полимерами, напряжение холостого хода и долговечность. Однако применение метанофуллеренов представленной общей формулы в фотоэлектрических преобразующих материалах демонстрирует недостаточно высокое напряжение холостого хода и эффективность фотоэлектрического преобразования, а выходы заявленных соединений, проявляющих максимальную эффективность, составляют 15,4 % и 34,6 %.
Использующиеся органические фотоэлектрические элементы содержат два различных слоя между проводящими электродами. Слой с более высоким сродством к электрону - акцептор электронов, а другой является донором. Эту структуру называют плоским донорно-акцепторным гетеропереходом. Когда обозначенные материалы поглощают фотон, создается возбужденное состояние, которое рассматривается как пара электрон-дырка (экситон). Экситоны распадаются на свободные электрон и дырку и аккумулируются на противоположных электродах благодаря действию эффективного поля, возникающего в области гетероперехода.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы преобразователей солнечной энергии в электрическую и напряжения холостого хода.
Поставленная в изобретении цель достигается тем, что фотоэлектрический элемент, состоящий из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя используются метанофуллерены, отличаетсяся тем, что в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы
где R=-СООСН3 (MF1), -Cl (MF2).
Сущность изобретения состоит в следующем.
В «электроноакцепторном» органическом слое используются впервые синтезированные нами и описанные в [Torosyan S.A., Biglova Yu.N., Mikheev V.V., Khalitova Z.T., Gimalova F.A., Miftakhov M.S. / Synthesis of fullerene-containing methacrylates // Mendeleev Communications. - 2012. - V.22. - №4. P.199-200] метанофуллерены общей формулы
где R=-СООСН3 (MF1), -Cl (MF2).
В качестве «электронодонорных» органических соединений использованы допированный соляной кислотой полианилин (PANI×HCl) и полианилин на основе метансульфокислоты (PANI×CH3SO3H).
Фотоэлектрический элемент, в составе электроноакцепторного слоя, содержащий метанофуллерены, отличается тем, что в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы.
Получены фотоэлектрические элементы, состоящие из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, на основе производных полианилина и фуллеренсодержащих соединений, исследованы их вольтамперные характеристики и рассчитаны численные значения напряжения холостого хода, ток короткого замыкания, коэффициент заполнения и эффективность фотоэлектрического преобразования.
Суть изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Предварительно готовили отдельно 1% растворы метанофуллерена MF1 в хлороформе и допированный соляной кислотой полианилин (PANI×HCl) в диметилсульфоксиде.
На стеклянную подложку с полупроводниковым материалом оксид индия-олова наносили раствор легированной сопряженной полимерной смеси поли(2,3-дигидротиено-1,4-иоксин)-поли(стиролсульфонат), затем высушили его при температуре 120°С в течение 10 минут. Далее покрыли раствором допированного соляной кислотой полианилина в диметилсульфоксиде, растворитель удаляли в вакуумном сушильном шкафу. Далее нанесли слой раствора метанофуллерена в хлороформе. Вся стеклянная подложка со слоем фотоэлектрического преобразования была высушена в атмосфере аргона. В качестве верхнего электрода-катода использовали пленки алюминия, полученные термодиффузионным напылением в вакууме. Далее измеряли вольтамперные характеристики фотоэлектрического элемента и на их основе рассчитывали численные значения таких параметров, как напряжение холостого хода, ток короткого замыкания, коэффициент заполнения и эффективность фотоэлектрического преобразования (таблица).
Пример 2
Измерения фотоэлектрического элемента, состоящего из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, осуществляли по аналогии с примером 1, но в электроноакцепторном слое применяли метанофуллерен MF2.
Пример 3
Измерения фотоэлектрического элемента, состоящего из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, осуществляли также, как и пример 1, с тем отличием, что вместо полианилина использовали полианилин на основе метансульфокислоты (PANI×CH3SO3H).
Пример 4
Измерения фотоэлектрического элемента, состоящего из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, осуществляли также, как и пример 1, с тем отличием, что в электроноакцепторном слое использовали метанофуллерен MF2, а вместо полианилина - полианилин на основе метансульфокислоты (PANI×CH3SO3H).
Как видно из представленных в таблице данных, использование в электроноакцепторном слое метанофуллеренов 1 и 2 позволяет повысить эффективность работы преобразователей солнечной энергии в электрическую. Так, напряжение холостого хода увеличивается по сравнению с известным решением в среднем на 15 %.
Claims (1)
- Фотоэлектрический элемент, состоящий из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя содержащий метанофуллерены, отличающийся тем, что в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы
где R = -СООСН3, -Cl, а в качестве электронодонорного слоя используется допированный соляной кислотой полианилин или полианилин на основе метансульфокислоты.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014103092/04A RU2554590C1 (ru) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014103092/04A RU2554590C1 (ru) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2554590C1 true RU2554590C1 (ru) | 2015-06-27 |
Family
ID=53498562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014103092/04A RU2554590C1 (ru) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2554590C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2468704A1 (en) * | 2009-07-24 | 2012-06-27 | Osaka Municipal Technical Research Institute | Methanofullerene derivatives and photoelectric conversion elements using same |
| US8304643B2 (en) * | 2006-05-09 | 2012-11-06 | Japan Science And Technology Agency | Photoelectric conversion material containing fullerene derivative |
| RU2499330C1 (ru) * | 2012-06-05 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента |
-
2014
- 2014-01-29 RU RU2014103092/04A patent/RU2554590C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8304643B2 (en) * | 2006-05-09 | 2012-11-06 | Japan Science And Technology Agency | Photoelectric conversion material containing fullerene derivative |
| EP2468704A1 (en) * | 2009-07-24 | 2012-06-27 | Osaka Municipal Technical Research Institute | Methanofullerene derivatives and photoelectric conversion elements using same |
| RU2499330C1 (ru) * | 2012-06-05 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Biglova, Yu. N. et al. "UV spectroscopic quantitative determination of methanofullerene derivatives with a different degree of substitution" Journal of Structural Chemistry, 2013, 54(4), pp. 719-723. Biglova, Yu. N. et al. "UV spectroscopy of monosubstituted derivatives of 1,2-dihydro-C60-fullerenes" Journal of Structural Chemistry, 2012, 53(6), pp. 1081-1086. Torosyan, Seda A. et al. "Synthesis of fullerene-containing methacrylates" Mendeleev Communications, 2012, 22(4), pp. 199-200. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Benetti et al. | Hole-extraction and photostability enhancement in highly efficient inverted perovskite solar cells through carbon dot-based hybrid material | |
| Kazim et al. | A dopant free linear acene derivative as a hole transport material for perovskite pigmented solar cells | |
| Deibel et al. | Polymer–fullerene bulk heterojunction solar cells | |
| Lin et al. | BODIPY dyes with β-conjugation and their applications for high-efficiency inverted small molecule solar cells | |
| Rousseau et al. | BODIPY derivatives as donor materials for bulk heterojunction solar cells | |
| Naji et al. | Polyaniline polymer-modified ZnO electron transport material for high-performance planar perovskite solar cells | |
| Wakim et al. | Highly efficient organic solar cells based on a poly (2, 7-carbazole) derivative | |
| Shin et al. | Effects of functional groups at perylene diimide derivatives on organic photovoltaic device application | |
| Huang et al. | A ternary cascade structure enhances the efficiency of polymer solar cells | |
| Zheng et al. | Controlling the defect density of perovskite films by mxene/SnO2 hybrid electron transport layers for efficient and stable photovoltaics | |
| Duan et al. | Burn-in degradation mechanism identified for small molecular acceptor-based high-efficiency nonfullerene organic solar cells | |
| Chen et al. | New D–A–A-configured small-molecule donors for high-efficiency vacuum-processed organic photovoltaics under ambient light | |
| Li et al. | Graded heterojunction of perovskite/dopant-free polymeric hole-transport layer for efficient and stable metal halide perovskite devices | |
| US20090084436A1 (en) | Effective organic solar cells based on triplet materials | |
| Lee et al. | Defect-passivating organic/inorganic bicomponent hole-transport layer for high efficiency metal-halide perovskite device | |
| Kwon et al. | A systematic approach to ZnO nanoparticle-assisted electron transport bilayer for high efficiency and stable perovskite solar cells | |
| WO2010022058A1 (en) | Active materials for photoelectric devices and devices that use the materials | |
| WO2011160021A2 (en) | Fullerene derivatives | |
| Randell et al. | 7-Azaisoindigo as a new electron deficient component of small molecule chromophores for organic solar cells | |
| Kwon et al. | Rational design of a main chain conjugated copolymer having donor–acceptor heterojunctions and its application in indoor photovoltaic cells | |
| Liu et al. | A rational design and synthesis of cross-conjugated small molecule acceptors approaching high-performance fullerene-free polymer solar cells | |
| Ismail et al. | Improvement in light harvesting and performance of P3HT: PCBM solar cell by using 9, 10-diphenylanthracene | |
| Chung et al. | Phosphonic acid and lithium salt as effective p-dopants to oxidize spiro-OMeTAD for mesoscopic Sb2S3 solar cells | |
| Chang et al. | Triphenylamine-substituted methanofullerene derivatives for enhanced open-circuit voltages and efficiencies in polymer solar cells | |
| Wang et al. | Carrier transport composites with suppressed glass-transition for stable planar perovskite solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180130 |