Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей



Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей
Метанофуллерены в качестве органических материалов для солнечных батарей

 

H01L51/05 - 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 2554590:

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

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую и может быть использовано в электрических устройствах, например солнечных батареях, которые имеют формирующие структуры на основе композиционных материалов. В частности, изобретение относится к фотоэлектрическому элементу, состоящему из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя содержащему метанофуллерены, где в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы

в которой R = -СООСН3, -Cl, а в качестве электронодонорного слоя используется допированный соляной кислотой полианилин или полианилин на основе метансульфокислоты. Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы преобразователей солнечной энергии в электрическую и напряжения холостого хода. 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую и может быть использовано в электрических устройствах, например солнечных батареях, которые имеют формирующие структуры на основе композиционных материалов.

Известны фотоэлектрические преобразующие материалы на основе производных фуллерена [патент US 8304643, кл. H01L 25/00, H01L 31/00, C07F 15/00, C07F 17/02, опубл. 23.04.2009], представленного формулой

где R1 - органическая группа, М - атом металла, L - лиганд.

Синтезирован обширный массив фуллереновых соединений, пригодных для использования в фотоэлектирических преобразующих устройствах. Однако известные применяемые фуллеренсодержащие соединения характеризуются высокой стоимостью из-за присутствия в молекуле металлоценового лиганда и низкими выходами целевого продукта при их синтезе.

Наиболее близким к предлагаемому решению является фотоэлектрический элемент [патент EP 2468704, кл. C07C 13/68, C07D 333/24, C07B 333/10, H01L 51/42. опубл. 24.07.2009], состоящий из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя служат метанофуллерены, используемые в качестве органических полупроводников в солнечных батареях, общей формулы

где X1 и X2 - моновалентная группа производных ароматических углеводородов, полициклических ароматических углеводородов, гетероароматических углеводородов, содержащих в своем скелете гетероатом. Представленные производные метанофуллеренов отличают хорошие растворимость, совместимость с полимерами, напряжение холостого хода и долговечность. Однако применение метанофуллеренов представленной общей формулы в фотоэлектрических преобразующих материалах демонстрирует недостаточно высокое напряжение холостого хода и эффективность фотоэлектрического преобразования, а выходы заявленных соединений, проявляющих максимальную эффективность, составляют 15,4 % и 34,6 %.

Использующиеся органические фотоэлектрические элементы содержат два различных слоя между проводящими электродами. Слой с более высоким сродством к электрону - акцептор электронов, а другой является донором. Эту структуру называют плоским донорно-акцепторным гетеропереходом. Когда обозначенные материалы поглощают фотон, создается возбужденное состояние, которое рассматривается как пара электрон-дырка (экситон). Экситоны распадаются на свободные электрон и дырку и аккумулируются на противоположных электродах благодаря действию эффективного поля, возникающего в области гетероперехода.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы преобразователей солнечной энергии в электрическую и напряжения холостого хода.

Поставленная в изобретении цель достигается тем, что фотоэлектрический элемент, состоящий из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя используются метанофуллерены, отличаетсяся тем, что в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы

где R=-СООСН3 (MF1), -Cl (MF2).

Сущность изобретения состоит в следующем.

В «электроноакцепторном» органическом слое используются впервые синтезированные нами и описанные в [Torosyan S.A., Biglova Yu.N., Mikheev V.V., Khalitova Z.T., Gimalova F.A., Miftakhov M.S. / Synthesis of fullerene-containing methacrylates // Mendeleev Communications. - 2012. - V.22. - №4. P.199-200] метанофуллерены общей формулы

где R=-СООСН3 (MF1), -Cl (MF2).

В качестве «электронодонорных» органических соединений использованы допированный соляной кислотой полианилин (PANI×HCl) и полианилин на основе метансульфокислоты (PANI×CH3SO3H).

Фотоэлектрический элемент, в составе электроноакцепторного слоя, содержащий метанофуллерены, отличается тем, что в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы.

Получены фотоэлектрические элементы, состоящие из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, на основе производных полианилина и фуллеренсодержащих соединений, исследованы их вольтамперные характеристики и рассчитаны численные значения напряжения холостого хода, ток короткого замыкания, коэффициент заполнения и эффективность фотоэлектрического преобразования.

Суть изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Предварительно готовили отдельно 1% растворы метанофуллерена MF1 в хлороформе и допированный соляной кислотой полианилин (PANI×HCl) в диметилсульфоксиде.

На стеклянную подложку с полупроводниковым материалом оксид индия-олова наносили раствор легированной сопряженной полимерной смеси поли(2,3-дигидротиено-1,4-иоксин)-поли(стиролсульфонат), затем высушили его при температуре 120°С в течение 10 минут. Далее покрыли раствором допированного соляной кислотой полианилина в диметилсульфоксиде, растворитель удаляли в вакуумном сушильном шкафу. Далее нанесли слой раствора метанофуллерена в хлороформе. Вся стеклянная подложка со слоем фотоэлектрического преобразования была высушена в атмосфере аргона. В качестве верхнего электрода-катода использовали пленки алюминия, полученные термодиффузионным напылением в вакууме. Далее измеряли вольтамперные характеристики фотоэлектрического элемента и на их основе рассчитывали численные значения таких параметров, как напряжение холостого хода, ток короткого замыкания, коэффициент заполнения и эффективность фотоэлектрического преобразования (таблица).

Пример 2

Измерения фотоэлектрического элемента, состоящего из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, осуществляли по аналогии с примером 1, но в электроноакцепторном слое применяли метанофуллерен MF2.

Пример 3

Измерения фотоэлектрического элемента, состоящего из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, осуществляли также, как и пример 1, с тем отличием, что вместо полианилина использовали полианилин на основе метансульфокислоты (PANI×CH3SO3H).

Пример 4

Измерения фотоэлектрического элемента, состоящего из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, осуществляли также, как и пример 1, с тем отличием, что в электроноакцепторном слое использовали метанофуллерен MF2, а вместо полианилина - полианилин на основе метансульфокислоты (PANI×CH3SO3H).

Как видно из представленных в таблице данных, использование в электроноакцепторном слое метанофуллеренов 1 и 2 позволяет повысить эффективность работы преобразователей солнечной энергии в электрическую. Так, напряжение холостого хода увеличивается по сравнению с известным решением в среднем на 15 %.

Фотоэлектрический элемент, состоящий из электронодонорного и электроноакцепторного слоев, в составе электроноакцепторного слоя содержащий метанофуллерены, отличающийся тем, что в качестве метанофуллеренов используются соединения общей формулы

где R = -СООСН3, -Cl, а в качестве электронодонорного слоя используется допированный соляной кислотой полианилин или полианилин на основе метансульфокислоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу формирования рисунка электронного или фотонного материала на подложке, применению фторполимера в приготовлении снабженного рисунком электронного или фотонного материала на подложке, способу изготовления электронного прибора на подложке, а также к электронному или фотонному прибору.

Изобретение относится к пленке с, по меньшей мере, одним электрическим конструктивным элементом, а также к способу изготовления такой пленки. .

Изобретение относится к органическим полупроводникам. .

Изобретение относится к наноэлектронному приборостроению. .

Изобретение относится к способу получения электрода в тонкопленочном полупроводниковом устройстве на основе органических соединений, в котором полупроводниковым устройством, в частности, является выпрямительный диод с высоким коэффициентом выпрямления или тонкопленочный транзистор на основе углерода или гибридный транзистор на органических и неорганических тонких пленках, и к способу получения выполненного на основе органических соединений тонкопленочного выпрямительного диода с высоким коэффициентом выпрямления, согласно которому выпрямительный диод содержит первый слой и второй слой, предусмотренный на первом слое, совместно формирующие анод выпрямительного диода, третий слой полупроводящего органического материала, предусмотренного поверх анода, образующий активный полупроводниковый материал диода, и четвертый слой металла, предусмотренный структурированным или неструктурированным поверх третьего слоя, образующий катод выпрямительного диода.
Изобретение относится к технологии получения тонких ( 0,1 мкм) магнитных пленок (ТМП) с применением метода имплантации ионов магнитных элементов в материал подложки и может быть использовано в микроэлектронике и информатике, в частности, для изготовления магнитных и магнитооптических запоминающих сред.

Изобретение относится к технологии наноматериалов и наноструктур и может применяться для получения тонкопленочных полимерных материалов и покрытий, используемых как в сенсорных, аналитических, диагностических и других устройствах, так и при создании защитных диэлектрических покрытий.

Изобретение относится к способам генерирования электрических колебаний с помощью полупроводников и жидких диэлектриков и может найти широкое применение в биологии, экологии, медицине.

Изобретение относится к способу генерирования электрических колебаний с помощью полупроводников и жидких диэлектриков и может найти широкое применение в биологии, экологии, медицине и других отраслях, связанных с биологическими объектами.

Изобретение относится к фотодиодам, чувствительным к ультрафиолетовой области спектра. .

Изобретение относится к области жидких полупроводников, которые могут найти широкое применение в биологии, экологии и медицине. .

Изобретение относится к области полупроводников, а именно к структурам, собранным из жидких органических полупроводников и основанным на их свойствах, которые могут найти широкое применение в биологии, экологии и медицине.

Изобретение относится к микротехнологии и может быть использовано при изготовлении электродной системы микрочипа для микроаналитических приборов различного назначения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полимерной композиции, содержащей по меньшей мере один по существу непроводящий полимер и по меньшей мере один электропроводящий наполнитель, в форме гранул, причем гранулы предпочтительно имеют размер в интервале до 1 мм, более предпочтительно между 0,04 и 0,2 мм, при объемном соотношении проводника и полимера предпочтительно от 3:1 до 15:1.

Изобретение относится к электронным устройствам, содержащим один или более органических слоев. Способ формирования электронного устройства включает формирование на несущей подложке множества электронно-функциональных элементов, образованных стопкой слоев, содержащей нижний проводящий слой, причем способ включает этап формирования между несущей подложкой и нижним проводящим слоем непроводящего слоя, который обеспечивает увеличение сцепления нижнего проводящего слоя с несущей подложкой, где непроводящий слой содержит нитридный слой, содержащий на поверхности раздела с нижним проводящим слоем менее 10 атомарных процентов кислорода.

Использование: для создания дисплеев, включая дисплеи объемного изображения, и в оптических приемно-передающих устройствах. Сущность изобретения заключается в том, что органический светоизлучающий диод включает несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки, внутри которой герметично установлены прозрачный анод, светоотражающий катод и размещенный между ними набор слоев органических веществ, состоящий, по меньшей мере, из прозрачного слоя транспортировки дырок, эмиссионного слоя, содержащего органические вещества для излучения красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов, слоя транспортировки электронов, анод, катод и слои органических веществ выполнены в виде полых цилиндров, соосно вставленных друг в друга.
Изобретение относится к способам получения эмиссионных слоев, в частности для органических светоизлучающих диодов. Способ нанесения эмиссионного слоя органического светоизлучающего диода на подложку из стекла или полимера, покрытую слоем анода, включает получение раствора, содержащего люминофорсодержащее соединение и проводящий материал, и нанесение тонкой пленки из полученного раствора на упомянутую подложку.

Изобретение относится к белковым фотоэлектрическим преобразователям. Не увлажняемый, полностью твердый белковый фотоэлектрический преобразователь выполнен с возможностью работы без присутствия жидкости, такой как вода, внутри и снаружи устройства, и имеет структуру, в которой твердый белковый слой состоит из переносящего электроны белка и помещен между первым электродом и вторым электродом, при этом твердый белковый слой непосредственно иммобилизирован на обоих электродах.
Наверх