Твердотельный фотогальванический элемент для преобразования энергии света в электрическую энергию

 

Использование: изобретение относится к электротехнике и касается твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию. Сущность изобретения: фотогальванический элемент представляет собой сэндвич-структуру, сочетающую слой неорганического прликристаллического полупроводника п-типа - теллурида кадмия, слой электропроводящего органического полимера - поли-М-эпоксипропилкарбазола, дозированного пентахлоридом сурьмы . О толщиной 200-600 А , и полупрозрачный слой золота. Фотогальванический элемент характеризуется КПД 3,2 % и областью спектральной светочувствительности 260-1800 нм. Зил., 3 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

tsi>s Н 01 (31/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

»

° х мм (21) 4941442/25 (22) 04.06.91 (46) 30.03.93. Бюл, N. 12 (71) Институт физической химии им.Л.В. Писаржевского (72) Н.Ф. Губа и В.Д. Походенко (73) Институт физической химии им,Л.В, Писаржевского (56) Ozaki М. et аИ, Junction formation Мй

pure.and doped polyacetylene, Applied

Physics Letters, 1979, н.35, N 1, р.83-85.

Hagemeister M,P., Nlhite H.S. Cadmium

sulfide/poly(vinyl ferrocene)/gold апб

cadmium sulfide/polypurrole/gold solidstate cells. The Journal of Physical Chemistry, 1987, ч.91, N 1, р.150 — 154. (54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАИзобретение относится к электротехнике и касается твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию.

Цель изобретения — повышение эффективности элемента в процессе преобразования энергии света в электрическую энергию и расширение области его спектральной. светочувствительности в видимой и ближней ИК областях спектра.

На фиг.1 показано схематическое изображение твердотельного фотогальванического .элемента на основе сэнДВич структуры СИТО/ПЭПК, ДОпирОВдн,, Ц,, 1806424 А3

НИЯ ЭНЕРГИИ СВЕТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ (57) Использование: изобретение относится к электротехнике и касается твердотельного фотогал ьванического элемента для и реобразования энергии света в электрическую энергию. Сущность изобретения: фотогальванический элемент представляет собой сэндвич-структуру, сочетающую слой неорганического поликристаллического полупроводника и-типа — теллурида кадмия, слой электропроводящего органического полимера — поли-N-эпоксипропилкарбазола, дозированного пентахлоридом сурьмы о толщиной 200 — 600 А, и полупрозрачный слой золота, Фотогальванический элемент характеризуется КПД 3,2% и областью спектральной светочувствительности 260-1800 нм. 3 ил., 3 табл.

00 ный $ЬСЬ/Аи; на фиг.2 — спектральная за- - С) висимость фото-ЭДС этого элемента; на ( фиг.3 — спектральная зависимость фототока ф „ твердотельного фотогальванического эле- ) ) мента п-CdTe/ÏÝÏК, допированный ф

SbCls/Au при облучении светом лампы дКСШ-1000черезменохроматордМР-4оез ) » учета спектрального распределения излуче- (Д ния лампы.

Твердотельный фотогальванический элемент состоит из трех последовательных слоев, нанесенных на подложку из молибде-,новой фольги 1; поликристаллического теллурида кадмия и-типа 2, 1806424 поли-N-эпоксипропилкарбазола, допированного SbClg 3 и полупрозрачной пленки золота 4.

К подложке из молибденовой фольги приваривают методом контактной сварки токоотвод из железной проволоки диаметром 1 мм и всю поверхность молибденовой фольги и место контакта покрывают эпоксидной смолой, Второй контакт изготавливают на слое золота с использованием серебряной пасты и медной проволоки.

Il р и м е р 1. Твердотельный фотогальванический элемент готовят путем нанесения слоя поли-N эпоксипропилкарбазола на поверхность поликристаллического теллуридэ калия и-типа с удельным сопротивлением 2 0 10 Ом см, который получают термической обработкой CdTe, нанесенного на молибденовую фольгу из суспензии ацетона, при 450 С в течение 2 ч, С этой целью к подложке из молибденовой фольги со слоем теллурида кадмия толщиной 20 мкм и площадью 1 см приваривают метог дом контактной сварки токоотвод из железной проволоки диаметром 1 мм и всю поверхность молибденовой фольги и место контакта покрывают эпоксидной смолой.

Затем приготовленный таким образом электрод погружают в раствор поли-N-эпоксипропилкарбазола в бензоле с концентрацией

5,0 10 моль/л (0,055 г полимера с молекулярным весом 1100 растворяют в 10 мл бенэола квалификации "хч"), выдерживают в растворе 15 сек., вынимают и сушат на воздухе. Процесс допировэния пленки поли-Кэпоксипропилкарбазола, нанесенной на поверхность теллурида кадмия, осуществляют путем погружения электрода на 10 сек. в раствор пентахлорида сурьмы в ацетонит-г риле (концентрация SbClg равна 5,6.10 моль/л), затем электрод промывают ацетонитрилом и сушат на воздухе. Эту операцию проводят три раза. B результате допирования полимера пентахлоридом сурьмы бесцветная пленка ПЭПК приобретает зеленую окраску, а в спектре поглощения появляется полоса с максимумом 800 нм, принадлежащая катион-радикальному карбазольному хромофору, ° .

Спектр поглощения допированного ПЭПК снимают на спектрофотометре

"Specord UVVIS", при этом пленку полимера наносят на кварцевую оптически прозрачную пластину и допируют описанным выше путем. Толщину пленки допированного

ПЭПК на теллуриде кадмия определяют с помощью интерферометра Мэйкельсона и о она составляет порядка 200 А. а ее удельную электропроводность, равную 6,10 см

45 Как следует из данных табл.1 и фиг.2 и

3, твердотельный фотогальванический элемент на основе сэндвич-структуры и-СОТе

/ПЭПК (допированный ЯЬС!5)/Аи обладает коэффициентом полезного действия рав50 ным 3,27 и областью спектральной светочувствительности в УФ, видимой и ближней

ИК областях спектра. Причем, область максимальной светочувствительности элемента находится в диапазоне 540-820 нм, а в

55 ближней ИК-области элемент характеризуется максимальной спектральной светочувствительностью при 1250 нм и 1630 нм (фиг,2).

Следует также отметить, что элементы

CdTe /ПЭПК (не допированнь(й)/Аи и СОТе

1 . — стандартной методикой с использованием 4-х точечного зонда, На поверхность пленки допированного поли-N-апо с пропил ка рба зол а методом те рмо ва куум його напыления наносят полупрозрачную плено ку золота толщиной 100 А и с помощью серебряной пасты подводят вывод из медной проволоки, В результате проведенных операций получают фотоfàëьванический элемент с сэндвич-структурой и-СОТе(ПЭПК (допированный SbCI5)/Аи, схематическое изображение которого представлено на фиг.1. Основные характеристики данного элемента определяют с помощью вольтметра В7-21 и потенциостата ПИ-50-1 при облучении светом лампы накаливания КГМ-24 В, 150 Вт через стеклянные светофильтры

СЗС-24 с интенсивностью падающего света

15 мВт/см, Полученные значения напряжег ния холостого хода (U» ), тока короткого замыкания (IK3), фактора заполнения (f) и КПД приведены B таблице 1, а область спектральной чувствительности элемента — на фиг.2 и

3.

Пример 2. Твердотельный фотогэльванический элемент готовят как в примере

1 с той лишь разницей, что в качестве полимерного слоя используют не допированный поли-N-эпоксипропилкарбазол, т.е. исключают стадию допирования полимера

SbClg. Полученные значения U«и I<<> >приведены в табл.1.

Пример 3, Твердотельный фотогальванический элемент готовят как в примере

1 с той лишь разницей, что в качестве органического карбазолсодержащего полимера используют поливинилкарбазол (ПВК) с молекулярным весом 1000, характеризующегося после допирования SbClg удельной электропроводностью 5 10 Ом см . Пол-6 -1. -1 ученные значения 0,х и 4 приведены в табл,1, 1806424

Формула изобретения

Таблица 1

Основные характеристики элементов для преобразования энергии света в электрическую энергию

/ПВК (допированный SbC(s)/Au имеют значительно меньшие величины фототока и соответственно эффективности преобразования энергии света в электрическую, чем заявляемый элемент.

Пример ы 4-7. Твердотельныефотогальванические элементы готовят как в примере 1 с той лишь разницей, что варьируют концентрацию поли-N-эпоксипропилкарбазола в бензоле (5,0.10; 1,0. 10: 8,0 10;

1,0 10 моль/л), из которого наносят пленку полимера на поверхность теллурида кадмия. Толщина пленок допированного ПЭПК на теллуриде кадмия составляет 1500, 600, о

400 А. Полученные значения U>«и 4 для элементов, приготовленных в примерах 47, а также в примере 1, приведены в табл.2;

Как следует из табл,2, необходимой и достаточной толщиной пленкй электропроводящего органического полимера — допированного поли-N-эпоксипропилкарбазола в твердотельном фотогальваническом элементе на основе структуры теллурид vàäìèÿ (электропроводящий полимер) золото для достижения положительного эффекта являо ется величина 200-600 А

В табл.3 дано сопоставление основных характеристик предлагаемого твердотельного фотогальванического элемента и элемейта по прототипу.

Таким образом, из данных табл.3 следует, что предлагаемый твердотельный фото6 гальванический элемент для преобразования энергии света в электрическую энергию характеризуется существенно большим

КПД и обладает более расширенной обла5 стью спектральной светочувствительности, чем элементы по прототипу, и его коэффициент полезного действия достигает величины порядка 3,2 Д, а область спектральной светочувствительности элемента лежит в

10 диапазоне 260-1800 нм.

Твердотельный фотогальванический

15 элемент для преобразования энергии света в электрическую энергию на основе сэндвич-структуры, включающей слой неорганического полупроводника АгВлп-типа, слой электропроводящего органического пол20 имера и слой золота, отличающийся . тем, что, с целью повышения эффективности элемента в процессе преобразования энер- гии света в электрическую энергйю и расширения области его спектральной

25 светочувствительности в видимой и ближней ИК областях спектра, в качестве неорганического полупроводника А Вгп-типа используют поликристаллический теллурид изделия, а в качестве электропроводящего

30 органического полимера — поли-N-эпоксипропилкарбазол, допированный пентахлорио дом сурьмы, с толщиной слоя 200-600 А.

1806424

Таблица2

Вольтамперные характеристики твердостальных фотогальванических элементов при различных толщинах слоя электропроводящего органического полимера

Таблица3

Основные характеристики предлагаемого элемента и элемента по прототипу

Е с з с

1806424

3.

Ф С4 Ю CO

Ю о к

D о с

1806424

О о и

О о

CO Я?3ИНХМэ Ныл нб*040ф

Составитель B.Ìàíàãýðoâ

Техред М.Моргентал Корректор А,Мотыль

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 977 Тираж : Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5,