RU2592743C1 - Photovoltaic energy converter based on complexes of phthalocyanines and analogues thereof - Google Patents

Photovoltaic energy converter based on complexes of phthalocyanines and analogues thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2592743C1
RU2592743C1 RU2015111354/28A RU2015111354A RU2592743C1 RU 2592743 C1 RU2592743 C1 RU 2592743C1 RU 2015111354/28 A RU2015111354/28 A RU 2015111354/28A RU 2015111354 A RU2015111354 A RU 2015111354A RU 2592743 C1 RU2592743 C1 RU 2592743C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy converter
photovoltaic energy
phthalocyanines
contacts
electron
Prior art date
Application number
RU2015111354/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лариса Годвиговна Томилова
Виктор Евгеньевич Пушкарев
Татьяна Валентиновна Дубинина
Александр Юрьевич Толбин
Дмитрий Ремович Хохлов
Михаил Александрович Дронов
Иван Александрович Белогорохов
Николай Серафимович Зефиров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Физиологически Активных Веществ Российской Академии Наук (Ифав Ран)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ), Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Физиологически Активных Веществ Российской Академии Наук (Ифав Ран) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2015111354/28A priority Critical patent/RU2592743C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592743C1 publication Critical patent/RU2592743C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to converting light energy into electrical one. Photovoltaic energy converter as active layer comprises semiconducting polymers as explicit components, mono- or polynuclear phthalocyanine or naphthalocyanines, or their metal complexes of planar or sandwich structure as electron-donating components.
EFFECT: invention allows to exclude necessity of using complex multilayer structure.
6 cl

Description

Область техники:Field of Technology:

Изобретение относится к области превращения световой энергии в электрическую, в частности, изобретение можно классифицировать как фотопреобразователь (фоторезистор), созданный на основе органических полупроводниковых материалов. Главным компонентом фотоэлектрического преобразователя выступают фталоцианины - гетероциклические молекулы из класса синтетических красителей.The invention relates to the field of conversion of light energy into electrical energy, in particular, the invention can be classified as a photoconverter (photoresistor), created on the basis of organic semiconductor materials. The main component of the photoelectric converter are phthalocyanines - heterocyclic molecules from the class of synthetic dyes.

Уровень техники:The prior art:

К настоящему времени известно большое количество таких датчиков, обладающих различными характеристиками, их описание приведено в следующих публикациях:To date, a large number of such sensors with various characteristics are known, their description is given in the following publications:

"Light-Harvesting and Energy-Transfer System Based on Self-Assembling Perylene Diimide-Appended Hexaazatriphenylene", Tsutomu Ishi-I at al., Org. Lett., 2005, vol. 7, No. 15, pp. 3175-3178;"Light-Harvesting and Energy-Transfer System Based on Self-Assembling Perylene Diimide-Appended Hexaazatriphenylene", Tsutomu Ishi-I at al., Org. Lett., 2005, vol. 7, No. 15, pp. 3175-3178;

"Photoinduced Electron Transfer and Excitation Energy Transfer in Directly Linked Zinc Porphyrin/Zinc Phthalocyanine Composite", Fuyuki Ito at al., J. Phys. Chem. A, 2006, vol. 110, pp.12734-12742;"Photoinduced Electron Transfer and Excitation Energy Transfer in Directly Linked Zinc Porphyrin / Zinc Phthalocyanine Composite", Fuyuki Ito at al., J. Phys. Chem. A, 2006, vol. 110, pp. 12734-12742;

"Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells", Serap Gunes at al., Chem. Rev., 2007, vol. 107, pp. 1324-1338."Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells", Serap Gunes at al., Chem. Rev. 2007, vol. 107, pp. 1324-1338.

Из уровня техники известны устройства, которые изложены в следующих патентах:The prior art devices are described in the following patents:

Патент №2532841, авторы: ЯМАДА Сэйдзи, ГОТО Есио, ТОКИТА Юити «Электрод с иммобилизованным белком и способ его изготовления и функциональный элемент и способ его изготовления». В данном патенте предложен способ изготовления электрода с иммобилизованным белком путем иммобилизации цитохрома с552, его производного или варианта на золотом электроде таким образом, что гидрофобная часть цитохрома, его производного или варианта расположена напротив золотого электрода. Цитохром с552, его производное или вариант и золотой электрод соединены друг с другом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними. После образования на золотом электроде самоорганизующегося монослоя золотой электрод погружают в раствор, содержащий цитохром с552, его производное или вариант, буферный раствор и от 10 мМ до 30 мМ включительно хлорида калия для связывания цитохрома с552, его производного или варианта с золотым электродом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними. Также предложен электрод, полученный вышеуказанным способом. Предложен способ изготовления функционального элемента фотоэлектрического преобразователя. Способ включает стадии образования электрода с иммобилизованным белком путем иммобилизации на золотом электроде цитохрома с552, его производного или варианта. Предложен также функциональный элемент фотоэлектрического преобразователя, полученный вышеуказанным способом. Предложенная группа изобретений обеспечивает повышение стабильности электрода с иммобилизованным белком с сохранением способности переноса электронов цитохрома с552, его производного или варианта для длительного постоянного применения.Patent No. 2532841, authors: Yamada Seiji, GOTO Yoshio, TOKITA Yuiti "Electrode with immobilized protein and its manufacturing method and functional element and method of its manufacture." This patent proposes a method for manufacturing an electrode with an immobilized protein by immobilizing cytochrome c552, a derivative or variant thereof, on a gold electrode so that the hydrophobic part of the cytochrome, derivative or variant thereof is located opposite the gold electrode. Cytochrome c552, its derivative or variant, and a gold electrode are connected to each other using a self-organizing monolayer located between them. After the formation of a self-organizing monolayer on a gold electrode, the gold electrode is immersed in a solution containing cytochrome c552, its derivative or variant, a buffer solution, and from 10 mM to 30 mm inclusive of potassium chloride to bind cytochrome c552, its derivative or variant with a gold electrode using a self-organizing monolayer located between them. Also proposed is an electrode obtained by the above method. A method for manufacturing a functional element of a photoelectric converter is proposed. The method includes the steps of forming an electrode with an immobilized protein by immobilization of a cytochrome c552 cytochrome, derivative or variant thereof on a gold electrode. A functional element of the photoelectric converter obtained by the above method is also proposed. The proposed group of inventions provides an increase in the stability of an electrode with an immobilized protein while maintaining the electron transfer ability of the cytochrome c552, its derivative or variant for long-term continuous use.

Патент №2528397, авторы: Цуй Вэйхун «Фотоэлектрический модуль со стабилизированным полимером». Изобретение относится к фотоэлектрическому устройству, содержащему металлический компонент и поливинилбутиральный слой, расположенный в контакте с указанным металлическим компонентом, и защитной подложки, расположенной в контакте с указанным поливинилбутиральным слоем. Поливинилбутиральный слой содержит 1Н-бензотриазол или соль 1Н-бензотриазола.Patent No. 2528397, authors: Tsui Weihong "Photovoltaic module with stabilized polymer." The invention relates to a photovoltaic device containing a metal component and a polyvinyl butyral layer located in contact with the specified metal component, and a protective substrate located in contact with the specified polyvinyl butyral layer. The polyvinyl butyral layer contains 1H-benzotriazole or a salt of 1H-benzotriazole.

Патент РФ №2444087, авторы: Стребков Дмитрий Семенович, Заддэ Виталий Викторович «Полупроводниковый фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления». Изобретение относится к конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей. Изобретение обеспечивает повышение КПД и снижение стоимости изготовления фотоэлектрических преобразователей, состоящих из множества микрофотопреобразователей.RF patent No. 2444087, authors: Strebkov Dmitry Semenovich, Zadde Vitaliy Viktorovich “Semiconductor photoelectric converter and method for its manufacture”. The invention relates to the design and manufacturing technology of optoelectronic devices, namely semiconductor photoelectric converters. The invention provides an increase in efficiency and a decrease in the cost of manufacturing photovoltaic converters, consisting of many microphototransducers.

Патент РФ №2436191, авторы: Гудовских Александр Сергеевич, Малевская Александра Вячеславовна, Задиранов Юрий Михайлович, Андреев Вячеслав Михайлович «Каскадный фотоэлектрический преобразователь с наноструктурным просветляющим покрытием». Каскадный фотоэлектрический преобразователь с наноструктурным просветляющим покрытием изготовлен на основе многослойной полупроводниковой структуры AlGaInP/GaInP/Ga(In)As/Ge. Фотоэлектрический преобразователь содержит тыльный и лицевой омические контакты и многослойное наноструктурное просветляющее покрытие, сформированное на фронтальной поверхности структуры в свободных от омических контактов местах, состоящее из трех слоев: SiO2 толщиной 70-80, Si3N4 толщиной 25-35 нм и TiOx, где х=1,8-2,2, толщиной 20-30 нм. Каскадный фотоэлектрический преобразователь имеет повышенный КПД и низкий коэффициент отражения в коротковолновой и длинноволновой области солнечного спектра.RF patent No. 2436191, authors: Gudovskikh Alexander Sergeevich, Malevskaya Alexandra Vyacheslavovna, Zadiranov Yuri Mikhailovich, Andreev Vyacheslav Mikhailovich "Cascade photoelectric converter with nanostructured antireflection coating." The cascade photoelectric converter with a nanostructured antireflection coating is made on the basis of the multilayer semiconductor structure AlGaInP / GaInP / Ga (In) As / Ge. The photoelectric transducer contains rear and front ohmic contacts and a multilayer nanostructured antireflection coating formed on the front surface of the structure in places free of ohmic contacts, consisting of three layers: SiO 2 with a thickness of 70-80, Si 3 N 4 with a thickness of 25-35 nm and TiO x where x = 1.8-2.2, a thickness of 20-30 nm. The cascade photoelectric converter has an increased efficiency and low reflection coefficient in the short-wave and long-wave regions of the solar spectrum.

Патент РФ №2502156, авторы: Леготин Сергей Александрович, Краснов Андрей Андреевич, Леготина Нина Геннадьевна, Тюхов Игорь Иванович, Приходько Наталья Илларионовна, Корольченко Алексей Сергеевич, Симакин Виктор Васильевич, Мурашев Виктор Николаевич, Абдуллаев Олег Рауфович «Кремниевый фотоэлектрический преобразователь с гребенчатой конструкцией и способ его изготовления». Настоящее изобретение относится к области кремниевых многопереходных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечных батарей. Согласно изобретению предложено создание «гребенчатой» конструкции фотоэлектрического преобразователя, которая позволяет реализовать в его диодных ячейках максимально возможный объем области пространственного заряда р-n переходов, в котором сбор неосновных носителей заряда происходит наиболее эффективно. Предложены конструкция и способ изготовления этой конструкции гребенчатого кремниевого монокристаллического многопереходного фотоэлектрического преобразователя. Данное изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия фотоэлектрических преобразователей до 32%.RF patent №2502156, authors: Legotin Sergey Aleksandrovich, Krasnov Andrey Andreevich, Legotina Nina Gennadevna, Tyukhov Igor Ivanovich, Prikhodko Natalya Illarionovna, Korolchenko Aleksey Sergeevich, Simakin Viktor Vasilievich, Murashev Viktor Nikolaevich, Abdullaev Oleg Raufovich “Silicon with photovoltaic converter” method of its manufacture. " The present invention relates to the field of silicon multi-junction photovoltaic converters (PECs) of solar cells. According to the invention, the creation of a "comb" design of the photoelectric converter is proposed, which allows to realize in its diode cells the maximum possible volume of the space charge region of pn junctions, in which the collection of minority charge carriers occurs most efficiently. A design and a method for manufacturing this design of a comb silicon single crystal multi-junction photoelectric converter are proposed. This invention allows to increase the efficiency of photovoltaic converters up to 32%.

Патент №2450294, авторы: Эндо Сохмеи, Хаясибе Казуя, Нагаи Тоору, Хидета Икухиро, Сузуки Тадао, Нисимура Кимитака, Сирасаги Тосихико «Оптическое устройство, способ изготовления мастер-копии, используемой при изготовлении оптического устройства, и фотоэлектрический преобразователь». Оптическое устройство имеет множество структур с возвышенными или углубленными участками, расположенными с коротким шагом, равным или короче, чем длина волны видимого света, на поверхности основания. Структуры образуют множество рядов в виде дугообразных дорожек на поверхности основания и образуют конфигурацию квазишестиугольной решетки. Структура имеет форму эллиптического конуса или усеченного эллиптического конуса, имеющего главную ось в направлении вдоль дугообразных дорожек. Способ изготовления мастер-копии для использования при производстве оптического устройства включает первый этап, на котором готовят подложку со сформированным на поверхности слоем резиста; второй этап, на котором формируют скрытое изображение путем периодического облучения лазерным лучом слоя резиста при вращении подложки и относительном перемещении лазерного луча в радиальном направлении относительно вращения подложки; и третий этап, на котором формируют конфигурацию резиста на поверхности подложки посредством проявления слоя резиста. Технический результат - улучшение антиотражения и плотности упаковки структур.Patent No. 2450294, authors: Endo Sokhmei, Hayashibe Kazuya, Nagai Tooru, Hidet Ikuhiro, Suzuki Tadao, Nishimura Kimitaka, Shirasagi Toshihiko “Optical device, method for manufacturing a master copy used in the manufacture of an optical device, and photoelectric converter”. An optical device has many structures with elevated or recessed areas located with a short pitch equal to or shorter than the wavelength of visible light on the surface of the base. Structures form many rows in the form of arched paths on the surface of the base and form a configuration of a quasi-hexagonal lattice. The structure is in the form of an elliptical cone or a truncated elliptical cone having a major axis in a direction along arcuate paths. A method of manufacturing a master copy for use in manufacturing an optical device includes a first step in which a substrate is prepared with a resist layer formed on the surface; the second stage, which forms a latent image by periodically irradiating the resist layer with a laser beam during rotation of the substrate and the relative movement of the laser beam in the radial direction relative to the rotation of the substrate; and a third step in which a resist configuration is formed on the surface of the substrate by developing a resist layer. EFFECT: improved anti-reflection and packing density of structures.

Наиболее близким к данному изобретению является фотогальваническое устройство, предложенное в патенте: WO 2011/148176. В этом патенте согласно описанию фотогальваническое устройство представляет собой сложную многослойную конструкцию, предусматривающую последовательное нанесение слоев. Кроме того, в данных материалах отсутствует какое-либо упоминание о составе композиции, в которой в качестве одного из компонентов всегда присутствует поли[2-метокси-5-(2-этилгексилокси)-1,4-фениленвинилен] в комбинации с одним из перечисленных электронодонорных компонентов (моно- или полиядерные фталоцианин, или нафталоцианин, или их металлокомплексы планарного или сэндвичевого строения) в определенном количественном соотношении, позволяющем достичь заявленный технический результат. Более того, в материалах WO 2011/148176 заявители отнесли поли[2-метокси-5-(2-этилгексилокси)-1,4-фениленвинилен] (MEH-PPV) (стр. 10 строка 34) и фталоцианины (стр. 11 строка 3) к органическим донорам, что не позволяет их совместное использование в качестве композиции, необходимым условием которой является присутствие и электронодонорной и электроноакцепторной компонент.Closest to this invention is a photovoltaic device proposed in the patent: WO 2011/148176. In this patent, as described, the photovoltaic device is a complex multilayer structure involving sequential deposition of layers. In addition, in these materials there is no mention of the composition of the composition, in which poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene] is always present in combination with one of the listed electron-donating components (mono- or polynuclear phthalocyanine, or naphthalocyanine, or their metal complexes of planar or sandwich structure) in a certain quantitative ratio, which allows to achieve the claimed technical result. Moreover, in WO 2011/148176, the applicants attributed poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) (p. 10 line 34) and phthalocyanines (page 11 line 3) to organic donors, which does not allow their joint use as a composition, the necessary condition for which is the presence of both electron-donating and electron-withdrawing components.

Основным недостатком заявленных фотогальванических устройств является их сложная многослойная конструкция, предусматривающая последовательное нанесение слоев.The main disadvantage of the claimed photovoltaic devices is their complex multilayer design, providing for sequential deposition of layers.

Этих недостатков лишен предложенный нами фотоэлектрический преобразователь энергии на основе комплексов фталоцианинов и их аналогов. Поставленная задача была решена настоящим изобретением. Фотоэлектрический преобразователь энергии, содержит активный (рабочий) слой. Согласно изобретению, в качестве активного (рабочего) слоя используется композиция следующего состава: полупроводящие полимеры в качестве электроноакцепторной компоненты, моно- или полиядерные фталоцианины, или нафталоцианины, или их металлокомплексы планарного или сэндвичевого строения в качестве электронодонорной компоненты при следующем соотношении компонентов (масс. %): электронодонорная часть: 1-5%, электроноакцепторная часть: 99-95%.These shortcomings are deprived of our proposed photoelectric energy converter based on complexes of phthalocyanines and their analogues. The problem was solved by the present invention. Photoelectric energy converter, contains an active (working) layer. According to the invention, a composition of the following composition is used as an active (working) layer: semiconducting polymers as electron-withdrawing components, mononuclear or polynuclear phthalocyanines, or naphthalocyanines, or their metal complexes of planar or sandwich structure as an electron-donating component in the following ratio of components (wt.% ): electron-donating part: 1-5%, electron-withdrawing part: 99-95%.

Фотоэлектрический преобразователь энергии дополнительно может содержать добавки фуллеренов и/или нанонитей, и/или ионных жидкостей, и/или графена, и/или оксидов металлов для повышения эффективности активного слоя. При этом процентное содержание добавок может варьироваться в широком интервале (от 0.01 до 10%).The photoelectric energy converter may further comprise additives of fullerenes and / or nanowires, and / or ionic liquids, and / or graphene, and / or metal oxides to increase the efficiency of the active layer. Moreover, the percentage of additives can vary over a wide range (from 0.01 to 10%).

В качестве контактов могут быть использованы металлические электроды, один из контактов может быть выполнен в виде сетки или быть прозрачным, например из оргстекла или полиэтилентерефталата (ПЭТ).Metal electrodes can be used as contacts, one of the contacts can be made in the form of a grid or be transparent, for example, from plexiglass or polyethylene terephthalate (PET).

Фотоэлектрический преобразователь энергии, как правило, содержит подложку, на которую нанесен упомянутый выше активный слой. Например, в качестве подложки могут быть использованы твердые или гибкие поверхности, ткань, пропитанная композицией, формирующей активный слой.A photovoltaic energy converter typically comprises a substrate onto which the aforementioned active layer is applied. For example, solid or flexible surfaces, a fabric impregnated with a composition forming an active layer, can be used as a substrate.

Работа устройства:Device operation:

Устройство содержит электроды для снятия электрического заряда. Устройство способно работать в одном из двух режимов работы - фотоэлектрического преобразователя или фотосопротивления. В первом режиме работы при облучении поверхности устройства (активного слоя) пучком света (или иного излучения) фотоны данного излучения вызывают возбуждение комплексов, входящих в активный слой, что приводит к возникновению разности потенциалов между местами, в которые встроены электроды, и возникновению электрического тока в цепи, в которую включен упомянутый преобразователь. Таким образом происходит превращение энергии потока (например, светового) в электрическую. Во втором режиме работы, устройство включено в электрическую цепь постоянного или переменного тока, при облучении поверхности устройства (активного слоя) пучком света (или иного излучения) фотоны данного излучения вызывают возбуждение комплексов, входящих в активный слой, что приводит к генерации дополнительных носителей заряда и, как следствие, изменению электрического сопротивления устройства, что, в свою очередь, приводит к изменению тока в цепи, в которую включен упомянутый фоторезистор.The device contains electrodes for removing electric charge. The device is capable of operating in one of two operating modes - a photoelectric converter or photo resistance. In the first mode of operation, when the surface of the device (active layer) is irradiated with a beam of light (or other radiation), photons of this radiation excite complexes entering the active layer, which leads to a potential difference between the places where the electrodes are embedded and an electric current to circuit into which said converter is included. Thus, the energy of the stream (for example, light) is converted into electrical energy. In the second mode of operation, the device is included in an electric circuit of direct or alternating current, when the surface of the device (active layer) is irradiated with a beam of light (or other radiation), photons of this radiation excite complexes entering the active layer, which leads to the generation of additional charge carriers and as a consequence, a change in the electrical resistance of the device, which, in turn, leads to a change in the current in the circuit into which said photoresistor is included.

Композиция, состоящая из фталоцианинов и их аналогов, указанная в данной заявке, более универсальна, может быть нанесена на любой жесткий или гибкий материал (микрочип, штырьевую структуру, контакты, полимер, диэлектрик, текстильный материал), а сочетание с полимерными материалами придает заявленной композиции такие свойства, как гибкость и эластичность - параметры, которые являются одними из главных в технологиях создания электронных современных приборов и устройств. Кроме того, однородные растворы предложенной композиции обладают поглощением в диапазоне длин волн от 300-2500 нм, в отличие от упомянутой в WO 2011/148176 композиции, что позволяет использовать заявленные композиции для детектирования сигналов в широком спектральном диапазоне. Проводимость предлагаемых композиционных материалов может быть улучшена добавками фуллеренов и/или нанонитей, и/или ионных жидкостей, и/или графена, и/или оксидов металлов, что также отличает их от композиций прототипа и составов, предлагаемых в WO 2011/148176.The composition consisting of phthalocyanines and their analogues, indicated in this application, is more versatile, can be applied to any rigid or flexible material (microchip, pin structure, contacts, polymer, dielectric, textile material), and a combination with polymeric materials gives the claimed composition such properties as flexibility and elasticity are parameters that are one of the main ones in the technologies for creating modern electronic devices and devices. In addition, homogeneous solutions of the proposed composition have absorption in the wavelength range from 300-2500 nm, in contrast to the composition mentioned in WO 2011/148176, which makes it possible to use the claimed compositions for detecting signals in a wide spectral range. The conductivity of the proposed composite materials can be improved by the addition of fullerenes and / or nanowires, and / or ionic liquids, and / or graphene, and / or metal oxides, which also distinguishes them from the prototype compositions and compositions proposed in WO 2011/148176.

Использование фталоцианинов в качестве основных составляющих фотоэлектрического преобразователя в настоящем патенте имеет следующие основания.The use of phthalocyanines as the main components of the photoelectric converter in the present patent has the following reasons.

В спектрах поглощения металлфталоцианинов имеются две интенсивные полосы в области длин волн 300-400 нм (полоса Соре) и в области длин волн 650-700 нм (полоса Q). Форма и положение пиков в спектрах поглощения может изменяться в зависимости от природы периферийных заместителей и центрального иона металла, а также от строения самих структур. Из-за высоких коэффициентов поглощения пленки толщиной 30 Å уже видны невооруженным глазом. Кроме того, спектры большинства РсМ имеют три другие полосы поглощения в УФ-области. Их обозначают символами N (36400 см-1 - волновое число, 275 нм - длина волны), L (40800 см-1, 245 нм) и С (47600 см-1, 210 нм). Таким образом, молекулы фталоцианинов могут активно поглощать электромагнитное излучение широкого диапазона длин волн.In the absorption spectra of metal phthalocyanines there are two intense bands in the wavelength range of 300-400 nm (Soret band) and in the wavelength range of 650-700 nm (Q band). The shape and position of the peaks in the absorption spectra can vary depending on the nature of the peripheral substituents and the central metal ion, as well as on the structure of the structures themselves. Due to the high absorption coefficients, films with a thickness of 30 Å are already visible to the naked eye. In addition, the spectra of most PCMs have three other absorption bands in the UV region. They are indicated by the symbols N (36400 cm -1 - wave number, 275 nm - wavelength), L (40800 cm -1 , 245 nm) and C (47600 cm -1 , 210 nm). Thus, phthalocyanine molecules can actively absorb electromagnetic radiation over a wide range of wavelengths.

Электрохимические и спектральные исследования показывают, что π-система является электронным буфером, который может как принимать, так и отдавать электроны с образованием заряженных частиц. Носителями заряда здесь являются дырки, образование которых описывается схемой РсМ-е-→РсМ+.Electrochemical and spectral studies show that the π-system is an electronic buffer that can both receive and give electrons with the formation of charged particles. The charge carriers here are holes, the formation of which is described by the scheme РсМ-е - → РсМ + .

Внутри молекулы фталоцианина положительный заряд распределен между всеми атомами π-системы, являющейся для электрона единой потенциальной ямой. Движение дырки вдоль стопки молекул ограничивается энергией активации перескока электрона с нейтральной молекулы на окисленную.Inside the phthalocyanine molecule, a positive charge is distributed between all atoms of the π-system, which is a single potential well for the electron. The movement of a hole along a stack of molecules is limited by the activation energy of electron hopping from a neutral molecule to an oxidized one.

Физические свойства фталоцианинов позволяют использовать данный тип молекул для создания многослойных структур и композиций. В качестве гибкой подложки можно использовать ткань, в частности текстильную. Они способны к сохранению гибких свойств после покрытия проводящими пастами с последующим созданием активного рабочего слоя из предлагаемых композитов на основе полимеров и фталоцианинов или их аналогов и пригодны для размещения на людях, животных или неодушевленных предметах.The physical properties of phthalocyanines allow the use of this type of molecule to create multilayer structures and compositions. As a flexible substrate, you can use fabric, in particular textile. They are capable of maintaining flexible properties after coating with conductive pastes with the subsequent creation of an active working layer of the proposed composites based on polymers and phthalocyanines or their analogues and are suitable for placement on people, animals or inanimate objects.

Для простоты регистрации эффекта предпочтительно использование лазерного излучения для значительного увеличения наблюдаемого отклика. Одним из простых и наглядных способов детектирования является использование порогового детектора в сочетании с фотоизлучающим устройством (например, светодиодом) для индикации превышения откликом порогового значения.For ease of recording the effect, it is preferable to use laser radiation to significantly increase the observed response. One of the simple and obvious methods of detection is the use of a threshold detector in combination with a photo-emitting device (for example, an LED) to indicate that the response has exceeded a threshold value.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

В примерах 1, 2 использованы планарные, 3, 4 сэндвичеобразные, 5, 6 би- и полиядерные, в том числе, сочлененные спейсерами, 7, 8 функционально замещенные фталоцианины или родственные соединения.In examples 1, 2, planar, 3, 4 sandwich-like, 5, 6 bi- and polynuclear, including articulated by spacers, 7, 8 functionally substituted phthalocyanines or related compounds were used.

Проводимость предлагаемых композиционных материалов была улучшена добавками фуллеренов и/или нанонитей, и/или ионных жидкостей, и/или графена, и/или оксидов металлов.The conductivity of the proposed composite materials was improved by the addition of fullerenes and / or nanowires, and / or ionic liquids, and / or graphene, and / or metal oxides.

В примерах 1, 3, 5, 7 использовали электропроводящий полимер (MEH-PPV)In examples 1, 3, 5, 7, an electrically conductive polymer (MEH-PPV) was used

В примерах 2, 4, использовали полимер ((политиофен)In examples 2, 4, a polymer was used ((polythiophene)

В примерах, 6, 8 использовали полимер ((полианилин)In examples 6, 8, a polymer ((polyaniline) was used

Во всех примерах соблюдалось следующее соотношение компонентов (масс. %):In all examples, the following ratio of components (wt.%) Was observed:

электронодонорная часть: 1-5%,electron donor part: 1-5%,

электроноакцепторная часть: 99-95%.electron withdrawing part: 99-95%.

В качестве растворителей использовали хлористый метилен, тетрагидрофуран или толуол.Methylene chloride, tetrahydrofuran or toluene were used as solvents.

Пример 1.Example 1

Готовят состав, содержащий (включающий в себя) полимер (MEH-PPV) и фталоцианин или родственные соединения планарного строения, растворенные в хлористом метилене (или тетрагидрофуране, толуоле), пригодный для нанесения на поверхности и предметы.A composition is prepared containing (including) a polymer (MEH-PPV) and phthalocyanine or related planar compounds dissolved in methylene chloride (or tetrahydrofuran, toluene), suitable for application to surfaces and objects.

Пример 2.Example 2

Готовят состав, содержащий (включающий в себя) полимер (политиофен), ионные жидкости и фталоцианин или металлофталоцианин (или родственные соединения) планарного строения, растворенные в хлористом метилене (или тетрагидрофуране, толуоле), пригодный для нанесения на поверхности и предметы.A composition is prepared containing (including) a polymer (polythiophene), ionic liquids and phthalocyanine or metallophthalocyanine (or related compounds) of planar structure, dissolved in methylene chloride (or tetrahydrofuran, toluene), suitable for application to surfaces and objects.

Пример 3.Example 3

Готовят состав, содержащий (включающий в себя) электропроводящий полимер (MEH-PPV) и металлофталоцианин (или родственные соединения) сэндвичевого строения, растворенные в хлористом метилене (или тетрагидрофуране, толуоле), пригодный для нанесения на поверхности и предметы.A composition is prepared containing (including) an electrically conductive polymer (MEH-PPV) and a metal phthalocyanine (or related compounds) sandwich structure dissolved in methylene chloride (or tetrahydrofuran, toluene), suitable for application to surfaces and objects.

Пример 4.Example 4

Готовят состав, содержащий (включающий в себя) полимер (политиофен), нанонити, фуллерен, С60 и металлофталоцианин (или родственные соединения) сэндвичевого строения, растворенный в хлористом метилене (или тетрагидрофуране, толуоле), пригодный для нанесения на поверхности и предметы.A composition is prepared containing (including) a polymer (polythiophene), nanowires, fullerene, C 60 and metallophthalocyanine (or related compounds) of a sandwich structure, dissolved in methylene chloride (or tetrahydrofuran, toluene), suitable for application to surfaces and objects.

Пример 5.Example 5

Готовят состав, содержащий (включающий в себя) полимер (MEH-PPV) и металлофталоцианин (или родственные соединения) биядерного спейсерного типа, растворенные в хлористом метилене (или тетрагидрофуране, толуоле), пригодный для нанесения на поверхности и предметы.A composition is prepared containing (including) a polymer (MEH-PPV) and a binocular spacer-type metallophthalocyanine (or related compound) dissolved in methylene chloride (or tetrahydrofuran, toluene), suitable for application to surfaces and objects.

Пример 6.Example 6

Готовят состав, содержащий (включающий в себя) полимер (полианилин), графен и металлофталоцианин (или родственные соединения) биядерного спейсерного типа, растворенные в хлористом метилене (или тетрагидрофуране, толуоле), пригодный для нанесения на поверхности и предметы.A composition is prepared containing (including) a polymer (polyaniline), graphene and metallophthalocyanine (or related compounds) of the binuclear spacer type, dissolved in methylene chloride (or tetrahydrofuran, toluene), suitable for application to surfaces and objects.

Пример 7.Example 7

Готовят состав, содержащий (включающий в себя) электропроводящий полимер (MEH-PPV) и функционально замещенные фталоцианины (или родственные соединения - порфирины, порфиразины или нафталоцианины) различного строения и их металлокомплексы, растворенные в хлористом метилене (или тетрагидрофуране, толуоле), пригодный для нанесения на поверхности и предметы.A composition is prepared containing (including) an electrically conductive polymer (MEH-PPV) and functionally substituted phthalocyanines (or related compounds - porphyrins, porphyrazines or naphthalocyanines) of various structures and their metal complexes, dissolved in methylene chloride (or tetrahydrofuran, toluene), suitable for application to surfaces and objects.

Пример 8.Example 8

Готовят состав, содержащий (включающий в себя) полимер (полианилин), оксид металла (TiO2) и функционально замещенные фталоцианины (или родственные соединения - порфирины, нафталоцианины), растворенные в хлористом метилене (или тетрагидрофуране, толуоле), пригодный для нанесения на поверхности и предметы.A composition is prepared containing (including) a polymer (polyaniline), metal oxide (TiO 2 ) and functionally substituted phthalocyanines (or related compounds - porphyrins, naphthalocyanines) dissolved in methylene chloride (or tetrahydrofuran, toluene), suitable for application to the surface and items.

Составы, полученные в примерах 1-8, использовались следующим образом:The compositions obtained in examples 1-8 were used as follows:

1. Композиция наносилась методом полива на слой ткани (текстильной, парашютной, «Болонья» и т.д.), предварительно покрытый слоем материала электрода.1. The composition was applied by watering on a layer of fabric (textile, parachute, Bologna, etc.), previously coated with a layer of electrode material.

2. Композиция наносилась методом полива на твердую поверхность (стекло, керамика, пластик (гибкий полимер)), предварительно покрытый слоем материала электрода.2. The composition was applied by watering on a solid surface (glass, ceramic, plastic (flexible polymer)), previously coated with a layer of electrode material.

В обоих методах после высыхания поверхность состава покрывали проводящей пастой или прозрачным ITO электродом (жестким - на стекле или гибким - на полимерном носителе).In both methods, after drying, the surface of the composition was coated with a conductive paste or a transparent ITO electrode (hard - on glass or flexible - on a polymer carrier).

При контакте лазерного излучения с материалом композиции фиксировали отклик одного из двух видов:Upon contact of laser radiation with the composition material, the response of one of two types was recorded:

1) Фоторезистивный отклик - заключающийся в изменении электрического сопротивления1) Photoresistive response - consisting in a change in electrical resistance

2) Фотогальванический отклик - заключающийся в возникновении (или увеличении) создаваемой образцом фото ЭДС.2) Photovoltaic response - consisting in the occurrence (or increase) created by the sample photo EMF.

Заявленное устройство было реализовано на примере 3-х образцов, характеристики которых представлены ниже:The claimed device was implemented on the example of 3 samples, the characteristics of which are presented below:

ОБРАЗЕЦ 1SAMPLE 1

Отклик:Response:

0) шумовое значение - 30 нВ;0) noise value - 30 nV;

1) красный лазер:1) red laser:

макс. значение - 200 нВ (570%);Max. value - 200 nV (570%);

скорость нарастания - около 20 нВ/с (67%) [107 нВ за 5 с (260%)];slew rate - about 20 nV / s (67%) [107 nV for 5 s (260%)];

2) синий лазер:2) blue laser:

макс. значение - 190 нВ (530%);Max. value - 190 nV (530%);

скорость нарастания - около 35 нВ/с (120%) [98 нВ за 5 с (220%)];slew rate - about 35 nV / s (120%) [98 nV for 5 s (220%)];

3) синий светодиод:3) blue LED:

макс. значение - 140 нВ (370%);Max. value - 140 nV (370%);

скорость нарастания - около 18 нВ/с (60%) [90 нВ за 5 с (200%)].slew rate - about 18 nV / s (60%) [90 nV for 5 s (200%)].

Расстояние от контакта: 2.5 см.Contact distance: 2.5 cm.

Время полной релаксации: менее 10 с.Complete relaxation time: less than 10 s.

ОБРАЗЕЦ 2SAMPLE 2

Отклик:Response:

0) шумовое значение - 25 нВ;0) noise value - 25 nV;

1) красный лазер:1) red laser:

макс. значение - 215 нВ (760%);Max. value - 215 nV (760%);

скорость нарастания - около 18 нВ/с (72%) [90 нВ за 5 с (260%)];slew rate - about 18 nV / s (72%) [90 nV for 5 s (260%)];

2) синий лазер:2) blue laser:

макс. значение - 120 нВ (380%);Max. value - 120 nV (380%);

скорость нарастания - около 30 нВ/с (120%) [101 нВ за 5 с (300%)];slew rate - about 30 nV / s (120%) [101 nV for 5 s (300%)];

3) синий светодиод:3) blue LED:

макс. значение - 180 нВ (620%);Max. value - 180 nV (620%);

скорость нарастания - около 24 нВ/с (96%) [120 нВ за 5 с (380%)].slew rate - about 24 nV / s (96%) [120 nV for 5 s (380%)].

Расстояние от контакта: 3 см.Contact distance: 3 cm.

Время полной релаксации: менее 10 с.Complete relaxation time: less than 10 s.

ОБРАЗЕЦ 3SAMPLE 3

Отклик:Response:

0) шумовое значение - 35 нВ;0) noise value - 35 nV;

1) красный лазер:1) red laser:

макс. значение - 350 нВ (900%);Max. value - 350 nV (900%);

скорость нарастания - около 30 нВ/с (86%) [150 нВ за 5 с (330%)];slew rate - about 30 nV / s (86%) [150 nV for 5 s (330%)];

2) синий лазер:2) blue laser:

макс. значение - 105 нВ (200%);Max. value - 105 nV (200%);

скорость нарастания - около 15 нВ/с (43%) [72 нВ за 5 с (110%)];slew rate - about 15 nV / s (43%) [72 nV for 5 s (110%)];

3) синий светодиод:3) blue LED:

макс. значение - 210 нВ (500%);Max. value - 210 nV (500%);

скорость нарастания - около 25 нВ/с (71%) [110 нВ за 5 с (214%)].slew rate - about 25 nV / s (71%) [110 nV for 5 s (214%)].

Расстояние от контакта: 1.75 см.Contact distance: 1.75 cm.

Время полной релаксации: менее 10 с.Complete relaxation time: less than 10 s.

Измерительное оборудованиеMeasuring equipment

1. Универсальный высокоточный источник-измеритель: Keithley 2612А System Sourcemeter;1. Universal high-precision source meter: Keithley 2612A System Sourcemeter;

2. Красный лазер (655 нм, 100 мВт);2. Red laser (655 nm, 100 mW);

3. Синий лазер (405 нм, 20 мВт);3. Blue laser (405 nm, 20 mW);

4. Синий светодиод (450 нм, 100 мВт полной мощности).4. Blue LED (450 nm, 100 mW full power).

Claims (6)

1. Фотоэлектрический преобразователь энергии содержит активный слой, отличающийся тем, что в качестве активного (рабочего) слоя он содержит полупроводящие полимеры в качестве электроноакцепторной компоненты, моно- или полиядерные фталоцианины, или нафталоцианины, или их металлокомплексы планарного или сэндвичевого строения в качестве электронодонорной компоненты.1. The photoelectric energy converter contains an active layer, characterized in that it contains semiconducting polymers as an electron-withdrawing component, mononuclear or polynuclear phthalocyanines, or naphthalocyanines, or their metal complexes of planar or sandwich structure as an electron-donating component as an active (working) layer. 2. Фотоэлектрический преобразователь энергии по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавки фуллеренов и/или нанонитей, и/или ионных жидкостей, и/или графена, и/или оксидов металлов для повышения эффективности активного слоя.2. The photovoltaic energy converter according to claim 1, characterized in that it further comprises additives of fullerenes and / or nanowires, and / or ionic liquids, and / or graphene, and / or metal oxides to increase the efficiency of the active layer. 3. Фотоэлектрический преобразователь энергии по п. 1, отличающийся тем, что он содержит контакты, в качестве которых использованы проводящие пасты или в качестве контактов он содержит металлические электроды.3. The photovoltaic energy converter according to claim 1, characterized in that it contains contacts, which are used as conductive pastes or as contacts, it contains metal electrodes. 4. Фотоэлектрический преобразователь энергии по п. 3, в котором один из контактов выполнен в виде сетки.4. The photovoltaic energy converter according to claim 3, in which one of the contacts is made in the form of a grid. 5. Фотоэлектрический преобразователь энергии по п. 3, в котором один из контактов является прозрачным.5. The photovoltaic energy converter according to claim 3, wherein one of the contacts is transparent. 6. Фотоэлектрический преобразователь энергии в соответствии с п. 3, в котором один или оба контакты выполнены нанесением на твердые или гибкие поверхности. 6. The photovoltaic energy converter according to claim 3, wherein one or both contacts are applied by coating on hard or flexible surfaces.
RU2015111354/28A 2015-03-30 2015-03-30 Photovoltaic energy converter based on complexes of phthalocyanines and analogues thereof RU2592743C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015111354/28A RU2592743C1 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Photovoltaic energy converter based on complexes of phthalocyanines and analogues thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015111354/28A RU2592743C1 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Photovoltaic energy converter based on complexes of phthalocyanines and analogues thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2592743C1 true RU2592743C1 (en) 2016-07-27

Family

ID=56557014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015111354/28A RU2592743C1 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Photovoltaic energy converter based on complexes of phthalocyanines and analogues thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2592743C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2170994C1 (en) * 2000-04-05 2001-07-20 Вологодский государственный технический университет Method for manufacturing solid-state photovoltaic cell for light-to-electrical energy conversion
US8586967B2 (en) * 2004-04-13 2013-11-19 The Trustees Of Princeton University High efficiency organic photovoltaic cells employing hybridized mixed-planar heterojunctions

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2170994C1 (en) * 2000-04-05 2001-07-20 Вологодский государственный технический университет Method for manufacturing solid-state photovoltaic cell for light-to-electrical energy conversion
US8586967B2 (en) * 2004-04-13 2013-11-19 The Trustees Of Princeton University High efficiency organic photovoltaic cells employing hybridized mixed-planar heterojunctions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ouyang et al. Enhancing the photoelectric performance of photodetectors based on metal oxide semiconductors by charge‐carrier engineering
AU2022201316B2 (en) Device architecture
Wang et al. Highly efficient and stable perovskite solar cells by interfacial engineering using solution-processed polymer layer
Sulaman et al. Interlayer of PMMA doped with Au nanoparticles for high-performance tandem photodetectors: A solution to suppress dark current and maintain high photocurrent
Kim et al. Hybrid-type quantum-dot cosensitized ZnO nanowire solar cell with enhanced visible-light harvesting
ES2549604T3 (en) Solid State P-N Heterounion Device
Mousavi et al. Fast response ZnO/PVA nanocomposite-based photodiodes modified by graphene quantum dots
Genovese et al. Sun-believable solar paint. A transformative one-step approach for designing nanocrystalline solar cells
Ghosekar et al. Review on performance analysis of P3HT: PCBM-based bulk heterojunction organic solar cells
Al Fattah et al. Sensing of ultraviolet light: a transition from conventional to self-powered photodetector
CN111029462B (en) Multimode photoelectric detector and manufacturing method thereof
Chen et al. Solution-Processed MoO x Hole-Transport Layer with F4-TCNQ Modification for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells
Mohiuddin et al. Biopolymer composites in photovoltaics and photodetectors
WO2012042831A1 (en) Photoelectric conversion element
Wang et al. Interface engineering of high-performance perovskite photodetectors based on PVP/SnO2 electron transport layer
Yeon et al. High-efficiency double absorber PbS/CdS heterojunction solar cells by enhanced charge collection using a ZnO nanorod array
Ginting et al. Solution-processed Ga-doped ZnO nanorod arrays as electron acceptors in organic solar cells
Kim et al. Nip-type perovskite solar cells employing n-type graphene transparent conductive electrodes
Maiti et al. Solution processed highly responsive UV photodetectors from carbon Nanodot/Silicon heterojunctions
JP5626079B2 (en) Dye-sensitized solar cell and method for producing the same
Ka et al. Solution-processed p-type copper thiocyanate (CuSCN) enhanced sensitivity of PbS-quantum-dots-based photodiode
Ghaleb et al. Optimization and Performance Analysis of a TiO2/i-CH3NH3SnBr3/CsPbI3/Al (BSF) Heterojunction Perovskite Solar Cell for Enhanced Efficiency
US20220130621A1 (en) Hybrid fiber for detection of uv light
Zhang et al. Dual-functional electrostatic self-assembly nanoparticles enable suppressed defects and improved charge transport in perovskite optoelectronic devices
Popoola et al. Self-Driven, Quadridirectional Carrier Transport, Bifacial MAPbI3–Perovskites Photodiodes Fabricated via Laterally Aligned Interconnected Sandwiched Type Architecture