Гнучкий гібридний тонкоплівковий гетерогенний фотоелектричний перетворювач

Гнучкий гібридний тонкоплівковий гетерогенний фотоелектричний перетворювач, що складається з підкладки, на тильній стороні якої виконано 3 лентерефталату (ПЕТФ) була виготовлена таким чином, що поліетилентерефталат (ПЕТФ) піддавали двохосьовому розтяганню при температурі вище температури скловання для створення кристалічності, яка склала 35%. При цьому плівка залишилася гнучкою. Товщина плівки складала 30мкм. Двухосно-орієнтована плівка ПЕТФ має високу електричну міцність і теплостійкість, вона знаходить застосування в імпульсних конденсаторах, тобто її робочі характеристики підтримуються в умовах короткочасних підвищених електричних навантажень. Відомо, що поліетилентерефталатна плівка (ПЕТФ) широко застосовується у виробах електронної техніки як дешевий діелектричний і електретний матеріал. Однак, як електретний матеріал плівка ПЕТФ значно уступає сегнетоелектричним матеріалам по здатності до електризації обсягу, а як діелектричний матеріал має досить високий питомий опір, але нестійка до тривалих електричних навантажень. Одним зі способів зміни електрофізичних властивостей плівкових матеріалів є використання тонких нанорозмірних покриттів, сформованих методами осадження у вакуумі. У порівнянні з полімерами покриття на основі вуглецю мають значно більшу високу термічну, хімічну стабільність і широкий діапазон електрофізичних властивостей, що залежать від молекулярної структури і складу. Це дозволяє використати вуглецеві матеріали, що володіють стабільними електрофізичними властивостями, як модификуючі покриття ПЕТФ. Процес формування покриттів на основі вуглецю на поверхні полімерів доцільно здійснювати за допомогою осадження з газорозрядної плазми вуглеводнів із застосуванням іонних джерел. У той же час процес взаємодії полімеру із зарядженими частками приводить до утворення електретного стану, пов'язаного з нагромадженням у його поверхневих шарах надлишкового заряду. Стабільність електретного стану в полімері залежить від глибини існуючих у його обсязі пасток (центрів захоплення електронів і дірок). Нанесення покриття вироблялося методом іонно-стимульованого осадження з газової фази циклогексану. При виборі плазмоутворюючого тазу опиралися на тип гібридизації вихідного вуглеводню, що впливає на структуру і властивості одержуваних плівок. Так циклогексан (С6Н12) має sp 3гібридизацію атомів вуглецю, що дозволяє припустити наявність високого процентного вмісту алмазної фази у вуглецевій плівці, що впливає як на електрофізичні так і на механічні характеристики покриттів. Плівка формувалася за допомогою іонного джерела II- 4-0,15. Зразки кріпилися на карусель. Після попереднього вакуумування форвакуумним насосом НВР-5Д (швидкість відкачки 5л/с) до тиску ~1Пa камеру відкачували дифузійним насосом ТМН-500 (швидкодія 500л/с) до тиску (5-6)×10-5Па. Далі вироблявся напуск робочого газу в іонне джерело до тиску 10-1Па, у якому потім включали розряд і за допомогою прискорювальної напруги на виході джерела одержували спрямований пучок іонів. 46237 4 Перед нанесенням вуглецевої плівки зразки піддавалися попередній обробці - іонному очищенню при прискорювальній напрузі на аноді джерела Uприск.=2кВ, струмі в котушці соленоїда Іс=2А, струмі розряду Ірозр=200мА і часу обробки 1,5 хвилини. Як робочий газ використовували суміш азоту й кисню у відношенні 5:1. Наступне осадження вуглецевої плівки із циклогексану проводили при прискорювальній напрузі від 2 до 4кВ, Іс=2А і струмі розряду 150-200мА. Дані режими дозволяли одержувати рівномірні покриття з гарною адгезією до полімерної плівки. Очищення поверхні плівки ПЕТФ і нанесення покриття вироблялися через різні іонні джерела. Час осадження варіювався відповідно до товщини покриття, що контролювалося по свідку за допомогою мікроскопів МІІ-4 і МІІ-11. Перед завантаженням у камеру поверхня зразків ПЕТФ оброблялася абсолютизованим етиловим спиртом. Як матеріал нижнього електроду обрано мідь, а верхнього прозорого, електроду - оксид цинку, легований алюмінієм для утворення n-типу провідності (що забезпечує безперешкодне надходження світла до активної ділянки сонячного елемента ZnO:Al) з достатньо високою густиною електронів провідності (n до 1020 см-3). Завдяки широкій забороненій зоні оксид цинку прозорий в діапазоні довжини хвиль сонячного випромінювання, що забезпечує безперешкодне надходження світла до активної ділянки сонячного елемента. На Фіг.1 зображена схема структури гнучкого гібридного тонкоплівкового гетерогенного фотоелектричного перетворювача, що заявляється. Гнучкий гібридний тонкоплівковий гетерогенний фотоелектричний перетворювач складається з плівки орієнтованого кристалічного поліетилентерефталата (ПЕТФ) 1, яку було модифіковано вуглецевою наноструктурою 2 з товщиною 40нм контактного шару, поверх якої виконано металевий контакт з міді 3, поверх міді - активний шар фталоціаніну міді 4 з активним шаром фулеренів (С60) 5, поверх фулеренів (С60) - прозорий верхній електрод 6. Виготовлену в такий спосіб плівку орієнтованого кристалічного поліетилентерефталата (ПЕТФ) було модифіковано вуглецевою наноструктурою з товщиною 40нм контактного шару. Поверх створеної вуглецевої наноструктури за методом вакуумного напилення наноситься плівка міді, що слугує нижнім електродом фотоелектричного перетворювача, поверх міді при температурі 250°С наноситься плівка фталоцианіну міді. На верхню поверхню монокристалічної пластини арсеніду галію за методом магнітронного розпилення мішені з окису цинку ZnO, легованого АІ, в середовищі аргону наноситься плівка nZnO:Al. Прозорість верхнього електрода з n-ZnO:Al становить 75-80% і забезпечує надходження високої частки падаючого сонячного випромінювання, що поглинається напівпровідниковою структурою і створює електрорушійну силу. На підставі проведених досліджень впливу нанорозмірного покриття на основі вуглецю на електрофізичні властивості плівки ПЕТФ, можна дійти 5 46237 висновку: 1) осадження наноразмірного покриття на основі вуглецю на ПЕТФ приводило до збільшення його діелектричної проникності і тангенса кута діелектричних втрат у температурному інтервалі 20100°С, що, очевидно, викликано ростом об'ємної провідності плівки ПЕТФ; 2) нанесення на поверхню зразка нанорозмірного покриття приводило до росту об'ємної електропровідності зразка у два рази, при цьому значення енергії активації провідності залишалося незмінним; 3) нанорозмірне покриття на основі вуглецю має σv порядку 10-9ом-1см-1 с Еа=0,19эВ і має напівпровідникові властивості; 4) нанесення покриття товщиною 10-40нм на поверхню ПЕТФ приводить до росту інтенсивності інжекції електронів, у результаті чого спостерігається ріст величини гомозаряда, що утвориться в поверхневих шарах полімеру; 5) на підставі даних щодо поляризації плівки ПЕТФ і плівки ПЕТФ із нанорозмірним покриттям на основі вуглецю при 20°С можна зробити висновок, що покриття змінює структуру потенційного бар'єра, який поділяє метал і діелектрик, змінюючи тим самим імовірність переходу електрона. 6) з ростом товщини нанорозмірного покриття на основі вуглецю збільшується ширина потенційного бар'єра, що розділяє метал і діелектрик, приводячи до падіння ймовірності переходу. Використання більш дешевих матеріалів за Комп’ютерна верстка А. Крулевський 6 мість мультикристалічного кремнію і застосування простої і дешевої технологічної операції виготовлення фотоелектричного перетворювача, а також спрощення технології виготовлення шару органічного напівпровідника, яка не потребує введення металевих наночастинок, знижують собівартість сонячного елемента, що заявляється, на 80% порівняно з гетерогенним фотоелементомпрототипом. Економічний ефект у даному твердотілому гетерогенному сонячному елементі складається зі здешевлення технології виробництва і більш раціонального використання дорогих компонентів таких, як кремній, ринкова вартість якого становить 1000 доларів за 1кг. Принцип дії заявленого гнучкого гібридного тонкоплівкового гетерогенного фотоелектричного перетворювача заснований на законі фотоефекту в неоднорідних напівпровідникових структурах при дії на них сонячного випромінювання. У сонячному елементі створюють р-n-перехід, що є доступним для світла. Під час освітлення сонячного елемента змінюється концентрація вільних носіїв зарядів, а з нею і струм. Якщо в сонячному елементі світло потрапить на p-n-перехід, то між р і n ділянками виникає напруга. При вимірюванні з імітатором Сонця AM 1,5 і інтенсивності 90-100Вт/см2 отримано наступні параметри Vxx=0,58В, Ікз=18,8mА/см2, КПД=5,2%. Значення коефіцієнта заповнення 0,52. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601