Способ создания оптически прозрачного электронопроводящего материала

 

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОГО ЭЛЕКТРОНОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА, заключающийся в размещении между двумя электродами поли.мерного материала с введенной в него окислительно-восстановительной электрохимической системой, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения электропроводности и величины пропускаемого тока, раствор полимера и окислительно-восстановительной электрохимической системы наносят на поверхность электродов и высушивают , затем совмещают их вместе со стороны полимера и проводят склеивание при повышенном давлении в течение не менее одного часа. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что склеивание проводят при температуре меньше температуры кипения растворителя, предварительно кратковременно выдерживая склеиваемые поверхности в парах растворителя . i 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что склеивание проводят при температуре сл выше температуры текучести используемого полимера.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(59 Н 01 G 9/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н А BTGPCKGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф 4

° а

° «а

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 36 3189/24-10 (22) 05.07.83 (46) 15.02.85. Бюл. № 6 (72) Л. Б. Рубин, В. С. Пшежецкий и Г. Г. Унтила (71) Московский ордена Ленина, ордена

Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. М. В. Ломоносова (53) 621.317.39 (088.8) (56) 1. 1. «Еleсtronical. Chemica!», 1982, т..139, с. 383.

2. Мицуко Есидо и др. Фотогальванические элементы с использованием ионообменных мембран. 1964, 3, № 1, с. 34 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОГО ЭЛЕКТРОНОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА, заключающийся в размещении между двумя электродами полимерного материала с введенной в него окислительно-восстановительной элек„,SU, 1140182 трохимической системой, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения электропроводности и величины пропускаемого тока, раствор полимера и окислительно-восстановительной электрохимической системы наносят на поверхность электродов и высушивают, затем совмещают их вместе со стороны полимера и проводят склеивание при повышенном давлении в течение не менее одного часа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что склеива ние проводят при тем пературе меньше температуры кипения растворителя, предварительно кратковременно выдерживая склеиваемые поверхности в парах растворителя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, ® что склеивание проводят при температуре уу выше температуры текучести используемого ЪЯВ полимера.

1140 1 82

Изобретение относится к электротехнике и приборостроению и может быть использовано для производства приборов, содержащих оптически прозрачные токопроводящие контакты между электродами и основанных на окислительно-восстановительных реакциях переноса электрона, например приборов оптоэлектроники, записи информации, и может быть использована в микроэлектронике и других областях народного хозяйства.

Известен способ создания оптически прозрачного материала, расположенного между. электродами, заключающийся в нанесении на поверхность электрода, выполненного из пиролитического углерода, полимера с последующим нанесением водного раствора комплекса обратимой окислительно-восстановительной электрохимической системы (ООВС) . После просушки этот электрод помеьцают в кювету, заполненную электролитом (1).

Недостатками известного способа являются низкая электропроводность и малое значение величины предельных пропускаемых токов, что обусловлено ограниченной скоростью диффузии ООВС и нулевой напряженностью поля в полимерной пленке между электродами, применение раствора электролита в качестве основного компонента, осуществляющего контакт между электродами, что существенно усложняет использование и ограничивает области применения контакта.

Наиболее близким к предлагаемому ио технической сущности является способ создания фотоэлектрохимической ячейки, заключающийся в размещении между двумя электродами двух пленок полимерного материала, содержащих ООВС, с последующим их сжатием (2).

Недостатками данного способа являются малая электропрОводность, низкое значение величины предельных токов, обусловленные наличием ионной проводимости и толщиной пленки, превышающей толщину диффузионного слоя, а также необходимость создания постоянного давления между электродами, что сужает функциональные возможности использования полимерного материала в фотоэлектрохимических преобразователях.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет увеличения электропроводности и величины пропускаемого тока.

Указанная цель достигается тем,,что согласно способу создания оптически прозрачного электронопроводящего материала, заключающемуся в размещении между двумя электродами полимерного материала с введенной в него обратимой окислительновосстановительной электрохимической системой, раствор полимера и обратимой окислительно-восстановительной электрохимической системы наносят на поверхность элек5

35 о

55 тродов и высушивают, затем совмещают их вместе со стороны полимера и проводят склеивание при повышенном давлении в течение не менее одного часа, при этом склеивание проводят либо при температуре меньше температуры кипения растворителя с предварительной кратковременной выдержкой склеиваемых поверхностей в парах растворителя, либо при температуре выше температуры текучести используемого полимера.

Способ создания оптически прозрачного электропроводя щего полимерного материала между двумя электродами заключается в следующем.

Готовят растворы полимера и ООВС.

Если полимер и ООВС растворимы в одном растворителе, то готовят один общий раствор, В противном случае ООВС вводят в структуру полимера по любой из известных методик. Эпоксидную смолу можно смешивать с ООВС без растворителя. В качестве полимеров используют высокомолекулярные соединения, обладающие высокой адгезией к электродам из металла, полупроводников, токопроводящих стекол и содержащих, например, пиридиновые, имидазольные, триазольные, карбоксильные, гидроксильные, нитрильные, эпоксидные, фосфорсодержащие, углеводородные, алкильные или арильные функциональные группь . а также аминои сульфогруппы. Полимер может связываться с поверхностью электродов химическими связями с энергией не менее 2 эВ, например сложноэфирными, металлоорганическими, крем ни йорга ни чески м и.

ООВС представлена либо органическими молекулами, например системой п-хинонгидрохинон, либо комплексами ионов металлов, например Fe (СЩ ", Ru (бипиридил ) 5" з Молярное соотношение между полимером и ООВС выбирается, например, в диапазоне от 1:2 до 1:1000.

Приготовленную смесь полимера и ООВС наносят на поверхность. двух электродов путем равномерного распределения необходимого объема смеси, например путем полива либо распыления, либо выдерживания электродов в растворе. Полученные электроды высушивают в атмосфере инертных газов например аргона, гелия, при температурах, не превышающих температуру кипения растворителя. Использование инертных газов препятствует изменению окислительно-восстановительного состояния ООВС. Температуры выше кипения растворителя использовать нецелесообразно из-за образования неравномерных по толщине и оптическим свойствам пленок. Склеивание двух электродов производят путем соединения полимерных пленок, покрывающих два электрода при нагревании до достижения вязкотекучего состояния полимера (температура в среднем 150 †2 С для разных полимеров), приложении внешнего давления, в среднем

1140182

5 — 10 кг.см (при таких давлениях происходит взаимное проникновение полимерных цепей в месте склеивания; большие давления нецелесообразны, так как могут вызвать поломку электродов и ведут к лишним энергозатратам) и выдерживании в этих условиях в среднем 30 — 60 мин, т. е. период времени, достаточный для прочного склеивания двух полимерных поверхностей.

Склеивание можно проводить путем предварительного помещения приготовленных электродов в пары растворителя на несколько секунд при последующем совмещении электродов, приложении внешнего давления в среднем 2 — 15 кг.см и выдерживании при температуре в среднем 50 — 80 С около одного часа. При таком способе склеивания молекулы растворителя из газовой фазы, попадая на поверхность полимера, делают его молекулы подвижными, что обеспечивает взаимное проникновение молекул и, как результат, склеивание поверхностей электродов.

При приложении разности потенциалов к электродам происходит инжекция электронов в расположенную в полимерной пленке

ООВС на одном электроде и экстракция электронов на другом электроде, что приводит к образованию градиента концентраций окисленных и восстановленных форм

ООВС по толщине пленки и соответствующему диффузионному электрическому току.

Отсутствие раствора электролита в полимерной пленке обуславливает наличие отличного от нуля электрического поля при наложении на электроды напряжения. Возникающая напряженность электрического поля в пленке полимера с ООВС вызывает направленное движение электронов по полю т. е. дрейфовый электрический ток. Электропроводность контакта между электродами обусловлена переносом электрона между электродами и молекулами (или ионами)

ООВС по механизму прыжковой проводимости. При этом электропроводимость контакта достигает величины 5 10 4 Ом .см и существенно увеличивается протекающий через него электрический ток (до 0,5 А).

В приведенных примерах создания оптически прозрачного электронопроводящего материала между двумя контактами спектр пропускания системы, состоящий из двух электродов и полимерного контакта между ними, измеряю на спектрофотометре,«Хитачи 557» против двух электродов без полимерного контакта. Это дает возможность определить оптическую прозрачность полимерного контакта в интервале длин волн

330 †9 нм с точностью до 10 ед. оптической плотности. Спектр поглощения характеризуется оптической плотностью (2 — 3) 10 ед. оптической плотности, что указывает на его высокую оптическую прозрачность.

Вольт-ампермерные характеристики снимают, прикладывая к электродам напряжение в интервале +5 В, что соответствует напряженности электрического поля до

+-1,25 104 В см в зависимости от толщины полученной пленки.

Пример I. Два электрода, представляющие собой нанесенную на стеклянную пластинку пленку SnO< толщиной 0,2 мкм, обрабатывают 5 мин смесью, содержащей рав10 ные объемы концентрированной H SO< и

30 /о-ной Н О, отмывают от кислоты дистиллированной водой и высушивают в течение 30 мин при 150 С. Подготовленные элект роды вводят во взаимодействие с 20 мл

0,05 М растворов полиакриловой кислоты в диоксане, 2,5О/р карбоксиальных групп которой замещено на хлорангидридные, а молекулярная масса равна 1,5 10 . Реакцию этерификации проводят в термостатированном сосуде в атмосфере аргона в течение

20 5 ч при 40 С и в присутствии 5 10 моль пиридина. Электроды отмывают от непрореагировавшей кислоты 0,005 М водным раствором NaOH. В результате, на поверхности SnO образуется пленка ковалентно пришитого полимера толщиной 0,5 мкм. На поверхность электродов со стороны полимера наносят по 10 мл 0,01 М водных растворов комплексов Fe " — ЭДТА и Fe" — -ЭДТА, распределяя их равномерным слоем по площади 0,25 см и продувая систему аргоном.

Электроды высушивают в течение 30 мин при 50 С также в атмосфере аргона, вносят на 2 — З.с в пары воды (100 С), склеивают друг с другом, вь1держивая их под давлением

2 кгсм при 80 С в течение 1 ч. Площадь контакта 0,25 см . В исследуемых образцах

35 максимально измеренный ток равен 500 мА.

Зависимость между током и прикладываемым напряжением практически линейна, что позволяет по тангенсу угла наклона определить сопротивление контакта, равное

4О 10 Ом, что соответствует удельной проводимости пленки 4X10 Ом .см .

Пример 2. Приготовляют общий раствор поли-4-винилпиридина (молекулярная масса

4104) и ООВС, хинон-гидрохинон, в этиловом спирте с концентрацией компонентов

4S 10 М и 10 М соответственно, который в течение 10 мин продувают аргоном. Электроды из SnOq готовят по методике, приведенной в примере 1. На каждый электрод равномерно наносят 10 мкл раствора на площади 0,25 см и сушат в атмосфере аргона при 50 С 30 мин. Электроды накладывают один на другой, прикладывают к ним давление 5 кгсм и выдерживают их при этом давлении в течении 1 ч в атмосфере аргона при 170 С. При этом электродами образуется полимерный контакт толщиной

8 мкм. Максимальный ток, протекающий через контакт при напряжении 5 В, равен

500 А. Он линейно связан с прикладываемым

1!40182

Составитель E. Баринов

Техред И. Верес Корректор О. Тигор

Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретении и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП мПатент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор.Л. Алексеенко

Заказ 66/41 напряжением. По тангенсу угла наклона вольт-амперной зависимости определяют сопротивление пленки контакта, равное

10 Ом, что соответствует удельной проводимости пленки 3,2 Х 10 4 Ом см .

Пример 3. В 10 М водном растворе

5 полиакриловой кислоты, молекулярной массы 1Ов и продутом аргоном, растворяют комплексы этилендиаминтетрауксусной кислоты с

Fe + — ЭДТК и Fe — ЭДТК, взятые в количестве, соответствующем молярному отношению к полимеру 1:1:100 в конечном растворе. Электрод из SnO» готовят но методике, приведенной в примере 1. Электрод из икремния обрабатывают в смеси конц. НМОз;

70 /о СНз СООН; 30 /о HF с соотношением компонентов 125,!0:25 в течение 90 с, отмывакуг от кислот дистиллированной водой и на 20 с опускают в 12 н. водный раствор

NaOH. Электроды промывают водой и сушат при 50 С 10 мин. На каждый электрод равномерным слоем наносят по 5 мкл раствора 20 полимера и ООВС на площади 0,25 см, вь1сушивак>т в атмосфере аргона при 80 С, кратковременно (2 — 3 с) увлажняют в парах воды (100 С) склеивают, прикладывая давление 5 кгсм и выдерживают в атмосфере аргопа при 60 С в течение 1 ч. Получаемый электрический полимерный контакт имеет толщину 4 мкм. Вольт-амперные характеристики имеют вид, соответствующий вольтамперной характеристике диода. При катодной поляризации кремния ток линейно зави- Зп сит от приложенного напряжения. Об1цее сопротивление всей системы, определяемое по тангенсу угла наклона вольт-амперной зависимости, равно 400 Ом, что с учетом собственного сопротивления кремния и SnO» соответствует сопротивлению полимерного 35 контакта, равного 30 Ом или удельной проводимости 5 3 10 Ом см, Пример 4. В 10 М водном растворе поли-!-винил-1,2,4-триазола растворяют комплексы Fe" (фенантролин)з С!» и Fe (фена нтролин)з С!з, взятые в таком количестве, чтобы соотношение концентраций полимера и ООВС в растворе было равно

50:1:1 соответственно. Раствор продувают аргоном. Электроды из SnO» приготавливают по примеру 1. На каждый электрод равномерно по площади 1 см 2 наносят по

200 мкл раствора, высушивают в атмосфере аргона при 50 С. Электроды с нанесенной пленкой склеивают друг с другом при давлении 7 кг см при !50 С в атмосфере аргона в течение ч. В этих условиях образуется полимерный контакт толщиной 40 мкм.

Вольт-амперные характеристики при приложении напряжения в интервале +5 В характеризуются линейностью между напряжением и током выше 2 В. В этой области напряжений в полимерном контакте возНикает поле напряженностью более 5 Х

Х102 В см . Максимально измеренный ток при V=-5 В равен 14 мА, что, с учетом собственного сопротивления ЬпО» 160 Ом, соответствует сопротивлению контакта, равному

200 Ом, или удельной проводимости пленки

2Х 10 Ом см .

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить оптически прозрачный электронопроводящий контакт между электродами, характеризующийся высокой электропроводностью, значительной величиной тока, пропускаемого через контакт, слабо выраженной зависимостью сопротивления от величины приложенного напряжения, как постоянного, так и переменного, отсутствием электролита и вообще жидкой фазы в качестве основного компонента, что упрощает использование, повышает надежность и расширяет область применения контакта.

Способ создания оптически прозрачного электронопроводящего материала Способ создания оптически прозрачного электронопроводящего материала Способ создания оптически прозрачного электронопроводящего материала Способ создания оптически прозрачного электронопроводящего материала 

 

Похожие патенты:
Изобретение относится к процессам или способам получения альтернативной энергии, в частности к процессам, известным как фотоэлектрохимические, посредством которых получают атомы водорода и кислорода посредством разделения молекулы воды, при котором генерируются атомы водорода и кислорода

Изобретение относится к красителю, содержащему закрепляющую группу в своей молекулярной структуре, причем указанная закрепляющая группа обеспечивает ковалентное связывание указанного красителя с поверхностью, и указанная закрепляющая группа представлена формулой 1 , в которой место присоединения указанной закрепляющей группы внутри указанной молекулярной структуры указанного красителя находится при терминальном атоме углерода, помеченном звездочкой в указанной выше формуле

Предложенное изобретение относится к устройству преобразования солнечной энергии в электрическую и основано на поглощающем свет электроде, соединенном с одномерным фотонным кристаллом, выполненным на основе наночастиц. Функция последнего состоит в том, чтобы локализовать падающий свет внутри электрода, таким образом увеличивая оптическое поглощение и эффективность преобразования энергии так называемого сенсибилизированного красителем и органического на полимерной основе или гибридного элемента. Фотонный кристалл содержит чередующиеся слои, обладающие разным показателем преломления, и может быть легко интегрирован в элемент. Свойства фотонного кристалла могут быть достигнуты путем регулирования распределения размеров наночастиц, которые образуют каждый слой с различной пористостью и, следовательно, показателем преломления, что позволяет в широком диапазоне длин волн улучшить оптическое поглощение и эффективность преобразования энергии. 8 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электролиту для фотоэлектрических устройств, содержащему полимерную сетку, которая содержит соединение, представленное формулой 2 или продукт его поперечной сшивки, и которая сшита с помощью соединения, представленного формулой 1,где R представляет собой атом водорода или алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, А представляет собой алкиленовую группу, содержащую от 1 до 8 атомов углерода, или алкилиденовую группу, содержащую от 1 до 8 атомов углерода, R1 представляет собой водород или алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, n представляет собой число от 1 до 17, и m представляет собой число от 2 до 19. Кроме того, предложен предшественник для изготовления электролита и фотоэлектрическое устройство, например сенсибилизированный красителем солнечный элемент, который включает электролит. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил., 11 пр.

Изобретение относится к устройству накопления и хранения энергии, а именно к способу изготовления электрода из пористого порошкового слоя, преимущественно для солнечного элемента, сенсибилизированного красителем, имеющего пористый проводящий порошковый слой, причем данный слой сформирован путем осаждения осадка, содержащего частицы гидрида металла, на подложку с последующим нагревом осадка для разложения частиц гидрида металла до частиц металла; и нагревом для спекания упомянутых частиц металла для формирования пористого проводящего порошкового слоя. Повышение проводимости пористого проводящего слоя является техническим результатом изобретения. Осадок частиц гидрида металла, которые имеют несферическую, нерегулярную форму и образуют относительно стабильный слой, который не требует дополнительного прессования. Кроме того, частицы металла, образованные из частиц гидрида металла, могут быть в основном свободными от оксида на поверхности, что делает частицы пригодными для формирования пористого проводящего порошкового слоя с высокой проводимостью. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил., 16 пр.

Настоящее изобретение относится к модулю сенсибилизированных красителем солнечных элементов (1), который включает по меньшей мере два сенсибилизированных красителем солнечных элемента (2a-c), расположенных рядом друг с другом и соединенных последовательно. Модуль сенсибилизированных красителем солнечных элементов включает пористую изоляционную подложку (7), первый электропроводный слой (4), представляющий собой пористый электропроводный слой, сформированный на одной стороне пористой изоляционной подложки, и второй электропроводный слой (5), представляющий собой пористый электропроводный слой, сформированный на противоположной стороне пористой изоляционной подложки. Последовательный соединительный элемент (6) проходит через пористую изоляционную подложку и проходит между первым электропроводным слоем одного из солнечных элементов и вторым электропроводным слоем соседнего солнечного элемента, в результате чего создается электрическое соединение первого электропроводного слоя одного из солнечных элементов со вторым электропроводным слоем соседнего солнечного элемента. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления модуля сенсибилизированных красителем солнечных элементов. Увеличение выходного напряжения сенсибилизированного красителем солнечного элемента за счет использования последовательного соединительного элемента, изготовленного с использованием печатной технологии, образованного электропроводящим пористым слоем, проходящим через пористую изоляционную подложку, является техническим результатом изобретения. Кроме того, предложенный модуль является тонким и имеет компактную конструкцию, что упрощает осуществление последовательного соединения солнечных элементов. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к сенсибилизированному красителем солнечному элементу, включающему рабочий электрод (1), первый электропроводный слой (3) для вывода произведенных фотоэлектронов из рабочего электрода, пористую изоляционную подложку (4), изготовленную из микроволокон, причем первый электропроводный слой представляет собой пористый электропроводный слой, сформированный на одной стороне пористой изоляционной подложки, противоэлектрод, включающий второй электропроводный слой (2), расположенный на противоположной стороне пористой подложки, и электролит для переноса электронов из противоэлектрода в рабочий электрод. Пористая изоляционная подложка включает слой (5) тканых микроволокон и слой (6) нетканых микроволокон, нанесенный на слой тканых микроволокон. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления сенсибилизированного красителем солнечного элемента. Повышение механической прочности подложки при минимально возможной толщине, а также повышение электропроводности рабочего электрода, является техническим результатом изобретения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики. Тандемный металлооксидный солнечный элемент содержит два расположенных один под другим по ходу светового потока металлооксидных солнечных элемента (МО СЭ) на основе мезоскопических слоев сенсибилизированного металлооксида, имеющих общий промежуточный токосъемный контакт, при этом согласно изобретению общий промежуточный токосъемный контакт размещен на стеклянной подложке, расположенной между верхним и нижним по ходу светового потока МО СЭ, на которую со стороны, обращенной к верхнему по ходу светового потока МО СЭ, нанесен проводящий слой платины, являющийся для верхнего МО СЭ противоэлектродом, а с противоположной стороны стеклянной подложки, обращенной к нижнему по ходу светового потока МО СЭ, нанесено проводящее покрытие из оксида олова, допированного фтором или индием, служащее для нижнего МО СЭ проводящим электродом, при этом верхний по ходу светового потока МО СЭ сенсибилизирован органическим красителем, поглощающим солнечный свет в диапазоне длин волн 400-650 нм, а нижний по ходу светового потока МО СЭ сенсибилизирован органическим красителем, поглощающим солнечный свет в диапазоне длин волн 650-1000 нм. Изобретение обеспечивает увеличение эффективности и оптимизацию работы солнечного элемента как для высоких, мощностью 100-1000 Вт/м2, так и для низких интенсивностей светового потока в пределах 10-100 Вт/м2. 4 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения глюкозы и системе для его осуществления, которые могут быть применены в химической промышленности. Предложенный способ включает реагирование воды и растворенного в ней газообразного диоксида углерода в присутствии источника электромагнитной энергии и меланина, удерживаемого на подложке, так что получается глюкоза. Предложенная система для осуществления указанного способа включает реакционную ячейку и источник электромагнитной энергии, причем в ячейке содержится меланин на подложке, удерживающей его. Предложен новый эффективный способ получения глюкозы и система для его осуществления. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл.

Способ создания оптически прозрачного электронопроводящего материала, электроды для аргона

Наверх