Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента



Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента
Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента

 

H01L51/46 - Приборы на твердом теле, предназначенные для выпрямления, усиления, генерирования или переключения или конденсаторы или резисторы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или поверхностным барьером; с использованием органических материалов в качестве активной части или с использованием комбинации органических материалов с другими материалами в качестве активной части; способы или устройства специально предназначенные для производства или обработки таких приборов или их частей (способы или устройства для обработки неорганических полупроводниковых тел, включающей в себя образование или обработку органических слоев на них H01L 21/00,H01L 21/312,H01L 21/47)

Владельцы патента RU 2499330:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов на твердом теле с использованием комбинации органических материалов с другими материалами в качестве активной части, специально предназначенных для преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности органического фотовольтаического преобразователя энергии. В органическом донорно-акцепторном гетеропереходе для солнечного элемента, состоящем из смеси донорного полупроводникового полимера с акцепторными нанокластерами эндометаллофуллерена гадолиния, настроенными на плазмонный резонанс в видимой части оптического спектра. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов на твердом теле с использованием комбинации органических материалов с другими материалами в качестве активной части, специально предназначенных для преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию.

Известны органические фотовольтаические преобразователи энергии, сформированные на основе объемного донор-акцепторного гетероперехода, который изготавливается из смеси полупроводникового полимера с фуллеренами или их производными (J. Ibid., 1994, v. 64, № 25, p. 3422-3424; J. Mater. Chem., 2006, v. 16, № 1, p. 45-61). Для улучшения эффективности преобразования солнечной энергии, в полимерный анодный буферный слой фотоэлементов добавляют металлические, металлокомпозитные наночастицы с плазменным резонансом, настроенным на видимый световой диапазон (ACS Nano, 2011. V. 5, N.2, р. 959-967; патент на полезную модель №104780, опубл. 20.05.2011).

В результате такой модификации в области плазменного резонанса происходит значительное увеличение коэффициента поглощения света за счет возбуждения в наночастицах локализованных плазмонов. Плазменные возбуждения, с одной стороны, формируют дополнительные экситонные состояния, с другой стороны, как показывают измерения кинетики люминесценции, резко сокращают их время жизни, способствуя более эффективному пространственному разделению зарядов (электронов и дырок) в активном слое за счет плазмон-экситонного спаривания. В результате чего происходит увеличение коэффициента полезного действия (КПД) фотоэлемента.

Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента с буферным слоем, модифицированным добавлением в него металлических плазменных наночастиц, является наиболее близким аналогом и принят за прототип (ACS Nano, 2011, v. 5, N.2, p. 959-967).

Недостатком такого модифицированного органического донорно-акцепторного гетероперехода является невозможность добавления металлических наночастиц в его внутренний объем, поскольку это приводит к нарушению работоспособности гетероперехода. Происходит его шунтирование и резкое уменьшение фотоэлектродвижущей силы (фотоЭДС). Эффект плазмон-экситонного спаривания реализуется в толщине 10-20 нм фотоактивного донорно-акцепторного слоя, примыкающего к полимерному слою анодного буфера, доппированного плазменными наночастицами (ACS Nano, 2011, v. 5, N.2, р. 959-967). При этом большая часть гетероперехода (до 90%) работает в обычном режиме.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности органического фотовольтаического преобразователя энергии за счет применения в нем оригинального донорно-акцепторного гетероперехода.

Поставленная задача решается тем, что в органическом донорно-акцепторном гетеропереходе для солнечного элемента, состоящего из смеси донорного полупроводникового полимера с акцепторными фуллереновыми структурами, в качестве акцепторного компонента используются нанокластеры эндометаллофуллерена гадолиния, составляющего 8-12% от общей массы гетероперехода, настроенные на плазменный резонанс в видимой части оптического спектра.

Организация молекул M@C82 в нанокластеры размером 50-80 нм инициируется их большим собственным дипольным моментом (3-4 D). При концентрационных соотношениях акцепторной компоненты 8-12% нанокластеры M@C82 настраиваются на наноплазмонный резонанс в видимой области спектра 300-400 нм (Оптика и спектроскопия, 2010, том 109, №4, с. 630-636).

Вместе с тем молекулы M@C82 обладают ярко выраженными акцепторными свойствами по отношению к большинству полупроводниковых полимеров. Таким образом, используя при формировании донор-акцепторного гетероперехода нанокластеры M@C82, акцепторные и плазменные свойства совмещаются в рамках одного объекта - наночастице эндометаллофуллеренов. M@C82 наночастицы заполняет весь объем гетероперехода без нарушения его фотовольтаических свойств, что позволяет использовать эффект плазмон-экситонного спаривания в полном объеме гетероперехода.

На фигуре 1 изображен органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента, на фигуре 2 приведена схема взаимодействия плазменных и экситонных возбуждений в органическом донорно-акцепторном гетеропереходе.

Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента включает: алюминиевый электрод 1, гетеропереход 2, прозрачный электрод из окиси индия 3, стеклянной подложки 4. К электродам 1 и 3 подключен мультиметр 5.

Экспериментальная проверка способности модифицированного органического донорно-акцепторного гетероперехода эффективно разделять фотовозбужденные электронно-дырочные пары осуществлялась на мультислойных системах, полученных методом полива на стеклянную подложку 4 с проводящим ITO покрытием 3, смеси раствора MEH-PPV и 8%; 10%; 12% Gd@C82. Толщина высохшей пленки органического донорно-акцепторного гетероперехода 2 составляла 200-300 нм. Через маску на поверхность сформированной пленки донорно-акцепторного гетероперехода 2 наносился слой Al-1 толщиной ~1 мкм. Образец сравнения изготавливался по аналогичной технологии с использованием в качестве акцепторной примеси С60.

При освещении мультислойных систем со стороны прозрачного электрода из оксида индия 3 светом от лампы ДКсШ-150 с плотностью мощности W=0,1 Вт/см2, для образцов ITO/MEH-PPV:Gd@C82/Al и ITO/MEH-PPV/С60/Аl, измеряли фотоЭДС, ток короткого замыкания, спектральную чувствительность с помощью мультиметра 5. Обнаружили, что в случае использования в качестве акцепторной компоненты вместо С60 Gd@C82, величина фотоЭДС возрастает с 0,5 до 0,55 мВ, ток короткого замыкания увеличивается на 20%, спектральная чувствительность системы в области 300-400 нм возрастает в несколько раз, что отражено в таблице. Полученный положительный эффект превосходит положительный эффект прототипа на 5%.

Таблица
Тип гетероперехода MEH-PPV/C60 образец сравнения (прототип) MEH-PPV/Gd@C82
Доля акцепторной компоненты в смеси СA/(CA+CD)·100% 8% 10% 12% 8% 10% 12%
ФотоЭдс, мВ 500 500 500 550 550 550
Ток короткого замыкания, мкА 12 12,1 12,1 13 14,5 14

Таким образом, применение заявляемого изобретения, в сравнении с прототипом, позволяет повысить эффективность преобразования солнечной энергии органическим фотоэлементом, что может найти применение в устройствах солнечной энергетики.

Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента, состоящий из смеси донорного полупроводникового полимера с акцепторными фуллереновыми структурами, отличающийся тем, что в качестве акцепторного компонента используются нанокластеры эндометаллофуллерена гадолиния, составляющего 8-12% от общей массы гетероперехода, настроенные на плазмонный резонанс в видимой части оптического спектра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нанотехнологии, к оптическим и оптоэлектронным устройствам, основанным на использовании оптически активного наноматериала, и способам их получения.

Изобретение относится к использованию материала, состоящего из натуральных, синтетических или смешанных волокон на основе целлюлозы, соединенных физически и химически водородными связями, и обычно называемого бумагой, в его различных формах и составах.

Изобретение относится к способу формирования рельефа из электронных и фотонных материалов и структурам и устройствам, изготовленным с использованием этого способа.

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.

Изобретение относится к оптоэлектронному устройству (100), содержащему, по крайней мере, одну оптоэлектронную активную область (101), которая содержит, по крайней мере, задний электрод (102) и передний электрод (103), между которыми помещен органический оптоэлектронный материал (104), причем упомянутый задний электрод (102) является отражающим, а перед упомянутым передним электродом (103) расположен защитный слой (105).

Изобретение относится к органическому соединению, представленному общей формулой (1). .

Изобретение относится к соединению хризена, представленному общей формулой [1]: где каждый из R1-R 9 представляет собой атом водорода, и Ar1, Ar 2 и Ar3 каждый независимо выбирают из группы, представленной общими формулами [2]: где Х1-Х26 каждый независимо выбирают из группы, состоящей из атома водорода, алкильной группы, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, фенильной группы, которая может быть замещена алкильной группой, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, нафтильной группы, которая может быть замещена алкильной группой, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, фенантрильной группы, которая может быть замещена алкильной группой, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, и флуоренильной группы, которая может быть замещена алкильной группой, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, при условии, что один из X1-X8, один из X9-X16 и один из Х17-Х26 каждый представляет хризеновое кольцо, представленное общей формулой [1]; и Y 1 и Y2 каждый независимо выбирают из алкильной группы, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода.

Изобретение относится к светоизлучающему устройству с множеством светоизлучающих элементов, выполненному с возможностью приведения в действие переменным током, и осветительному прибору, содержащему такое светоизлучающее устройство. Технический результат -обеспечение светоизлучающего устройства с множеством светоизлучающих элементов, в котором короткие замыкания, происходящие в одном или нескольких светоизлучающих элементах, имеют ограниченное влияние на функционирование. Достигается тем, что светоизлучающее устройство содержит: первый общий электрод, структурированный проводящий слой, формирующий набор электродных контактных площадок, электрически изолированных друг от друга, и электродную сетку, окружающую электродные контактные площадки, диэлектрический слой, расположенный между слоем первого общего электрода и структурированным проводящим слоем, множество светоизлучающих элементов, при этом каждый светоизлучающий элемент электрически подключен между одной из электродных контактных площадок и электродной сеткой так, чтобы быть подключенным последовательно с конденсатором, содержащим: одну из указанных электродных контактных площадок, указанный диэлектрический слой и указанный первый общий электрод. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к элементам с памятью формы для гибких экранов дисплеев на основе органических светодиодов (OLED). Технический результат - возможность надежно удерживать гибкий дисплей в одном из состояний: либо в плоском состоянии, не позволяя дисплею самопроизвольно сгибаться, либо в сжатом состоянии, не позволяя дисплею самопроизвольно разворачиваться или разгибаться. Вычислительное устройство содержит: корпус с процессором, выполненным с возможностью обращения к физическому машиночитаемому носителю записи; устройство ввода, выполненное с возможностью связи с процессором; и гибкий дисплей на основе органических светодиодов (OLED), соединенный с корпусом и выполненный с возможностью отображения выводимой информации в ответ на сигналы от процессора, при этом дисплей выполнен с возможностью перехода между сжатой конфигурацией и развернутой конфигурацией, в которой дисплей является по существу плоским и имеющим форму параллелепипеда; при этом гибкий дисплей содержит по меньшей мере один элемент с памятью формы, активизируемый под управлением процессора, причем указанный по меньшей мере один элемент с памятью формы выполнен с возможностью при активизации удерживать дисплей в одной конфигурации из сжатой конфигурации и развернутой конфигурации, а при снятии активизации удерживать дисплей в другой конфигурации из сжатой конфигурации и развернутой конфигурации. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к твердотельным источникам света на основе органических светоизлучающих диодов (ОСИД), которые используются для создания цветных информационных экранов и цветовых индикаторных устройств с высокими потребительскими свойствами, а также экономичных и эффективных источников света. Предложен органический светоизлучающий диод, содержащий несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки с размещенными на ней прозрачным слоем анода и металлическим слоем катода, между которыми расположен светоизлучающий слой, выполненный на основе дендронизованного полиарилсилана общей формулы (I) или (II), где n - целое число от 5 до 1000. Технический результат - расширение ассортимента ОСИД с высокими рабочими характеристиками, в частности, с диапазоном излучения от 400 до 700 нм, что позволяет использовать их в качестве источников света. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 6 пр.

Органическое электролюминесцентное устройство (1) отображения включает в себя первую подложку (30), вторую подложку (20), обращенную к первой подложке (30), органический электролюминесцентный элемент (4), сформированный на первой подложке (30) и обеспеченный между первой подложкой (30) и второй подложкой (20), уплотнительный элемент (5), обеспеченный между первой подложкой (30) и второй подложкой (20) и выполненный с возможностью скрепления первой подложки (30) и второй подложки (20) для изоляции органического электролюминесцентного элемента (4), и герметизирующую смолу (14), сформированную на второй подложке (20), расположенную между первой подложкой (30) и второй подложкой (20) и выполненную с возможностью покрытия поверхности органического электролюминесцентного элемента (4). Уплотнительный элемент (5) и герметизирующая смола (14) отделены друг от друга в направлении Х плоскости органического электролюминесцентного устройства (1) отображения. За счет того, что уплотнительный элемент и герметизирующая смола контактируют друг с другом, уплотнительный элемент растворяется в неотвержденной герметизирующей смоле и физически смешивается с ней, что позволяет обеспечить надежную герметизацию участка излучения света и увеличить срок службы электролюминесцентного устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области приведения в контакт ОСИД с проводником. В способе для приведения в контакт ОСИД с проводником, ОСИД содержит подложку, по меньшей мере, с одной ячейкой, область контакта и инкапсулирующую оболочку, содержащую тонкую пленку, которая содержит нитрид кремния, карбид кремния или оксид алюминия, причем инкапсулирующая оболочка инкапсулирует, по меньшей мере, область контакта, а способ содержит этапы компоновки проводника на инкапсулирующей оболочке и взаимного соединения проводника с областью контакта, без предварительного удаления инкапсулирующей оболочки между проводником и областью контакта. Это изобретение обладает преимуществом в том, что инкапсулирующую оболочку между проводником и областью контакта не надо предварительно удалять. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано при создании эффективных устройств для отображения алфавитно-цифровой и графической информации. Актуальность создания алфавитно-цифровых дисплеев нового поколения обусловлена растущим потоком визуальной информации и прогрессом в компьютерной технике. Предлагается конструкция квантово-точечного светоизлучающего органического диода с монослоем полупроводниковых квантовых точек, расположенным на расстоянии от электрон-проводящего и дырочно-проводящего слоев, определяемым выражением, связывающим ферстеровский радиус и радиус квантовой точки. Активный элемент представляет собой монослой двухкомпонентных (ядро-оболочка) полупроводниковых наночастиц, обладающих возможностью изменения диаметра полупроводникового ядра в пределах 2.0-6.0 нм и толщины полупроводниковой оболочки в пределах 1.0-3.0 нм для регулирования области излучения в пределах 400-650 нм видимого спектра. Изобретение обеспечивает возможность создания максимально эффективных с точки зрения передачи энергии возбуждения от донора к активному слою, стабильных светоизлучающих органических диодов с регулируемым спектром излучения в видимом диапазоне длин волн, что особенно важно для создания алфавитно-цифровых дисплеев нового поколения. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к органическим светодиодам. Конструкция светоизлучающего диода содержит гибкую подложку, являющуюся фольгой и включающую в себя внутреннюю поверхность и наружную поверхность, и светоизлучающий диод, распложенный на внутренней поверхности гибкой подложки, причем светоизлучающий диод является органическим светоизлучающим диодом, имеющим наружную поверхность, противоположную поверхности, обращенной на упомянутую внутреннюю поверхность гибкой подложки. Формообразующий элемент, содержащий первый несущий элемент, обращенный к наружной поверхности гибкой подложки, и второй несущий элемент, обращенный к наружной поверхности светоизлучающего диода таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично прослаивать конструкцию светоизлучающего диода. Причем формообразующий элемент выполнен с возможностью определения формы конструкции светоизлучающего диода и с возможностью защиты светоизлучающего диода от внешних воздействий. Изобретение обеспечивает повышение эффективности формирования светодиодных устройств. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство органического светоизлучающего диода (OLED) включает подложку (1), проводящий слой (3), органический слой (2) в качестве активного слоя и шунтирующую линию (4) в качестве дополнительного канала распределения тока, причем проводящий слой (3) обеспечен на подложке (1), шунтирующая линия (4) обеспечена посредством лазерного осаждения на проводящем слое (3), при этом шунтирующая линия (4), по меньшей мере, частично покрыта электроизоляционным слоем (5), осажденным посредством струйной печати краской, глубокой печати или/и трафаретной печати, а электроизоляционный слой имеет толщину от 1 до 2 мкм. Также предложен способ изготовления описанного выше OLED. OLED согласно изобретению не подвержены возникновению короткого замыкания и, тем самым, повреждению. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройству (100) прозрачного органического светодиода, содержащему органический слой (130) между анодом (120) и катодом (140) и зеркальный слой (150) на аноде или катоде. Органический слой (130) структурируется на электролюминесцентные зоны (131) и неактивные зоны (132), тогда как зеркальный слой (150) структурируется на непрозрачные зоны (151) и прозрачные зоны (152). По меньшей мере, через частичное выравнивание этих структур устройство органического светодиода может быть сделано прозрачным для фонового света и одновременно излучающим в доминирующем (или даже единственном) направлении. Изобретение обеспечивает устройство прозрачного органического светодиода с улучшенными функциональными возможностями и с регулируемым доминирующим направлением светового излучения. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к новым химическим соединениям иттербия, люминесцирующим в ближней ИК-области, в частности к соединениям иттербия, содержащим, по меньшей мере, один O,N-хелатный гетероциклический лиганд. Лиганд представляет собой кислотный остаток ароматического спирта, имеющего от 2 до 4 конденсированных шестичленных углеродных циклов и в орто-положении азольный заместитель с гетероатомом Х (где Х - сера, или кислород, или NH). Соединения имеют общую формулу I где 1 - кислотный остаток ароматического спирта, имеющего от 2 до 4 конденсированных шестичленных углеродных циклов; 2 - азольный заместитель с гетероатомом, являющийся 1-бензотиазольным, 1-бензоимидазольным или 1-бензоксазольным фрагментом. Также предложен органический светоизлучающий диод. Изобретение позволяет получить соединения иттербия, проявляющие люминесценцию в ближней ИК-области. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.
Наверх