Спосіб виготовлення фотоелектричних конверторів з фулеренвмісним фотоперетворюючим шаром

Реферат: Спосіб виготовлення фотоелектричних конверторів з фулеренвмісним фотоперетворюючим шаром включає створення нижнього контактоутворюючого шару, фулеренвмісного фотоперетворюючого шару з наступним нанесенням верхнього контактоутворюючого шару. Після нанесення верхнього контактоутворюючого шару додатково проводять мікрохвильовий -2 4 2 відпал тривалістю від 0,1 с до 10 годин, емітансом 10 10 Вт/см та частотою 0,1200 ГГц. UA 105848 U (12) UA 105848 U UA 105848 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фотоперетворюючої області мікроелектронної техніки. Фулерени - це молекули вуглецю, які можуть набувати форми сфери, еліпсоїда, трубки, чи інших. Прилади на основі фулеренів використовуються як недорогі фотоелектричні конвертори сонячних елементів та датчиків випромінювання. Існує ряд досліджень [1], в яких фулереновий шар замінюють фулерен-полімерним шаром для підвищення ефективності фотоконверсії. Однак, крім ефективності фотоконверсії, на властивості кінцевих фотоелектричних конверторів впливає опір контакту металу з фулереновим чи фулерен-полімерним шаром. Відомий "Пристрій для фотоелектричного конвертування, зображувальний пристрій та їх методи виготовлення" [2], вибраний нами за аналог, що містить: нижній контактоутворюючий шар (контактоутворюючий матеріал - метал), верхній контактоутворюючий шар (контактоутворюючий матеріал - метал) та фотоперетворюючий шар, що містить суміш органічних фотоелектричних конверторів, фулеренів, їх похідних та фулеренових полімерів між ними. Недоліками даного методу є недостатня ефективність пристрою через наявність втрат струму на омічному контакті верхній контактоутворюючий шар - фотоперетворюючий шар. Відомий "Органічний фотовольтаїчний пристрій на базі фулеренів або їх похідних" [3], вибраний нами за аналог, що складається з нижнього контактоутворюючого шару (контактоутворюючий матеріал - кальцій, алюміній чи барій), верхнього контактоутворюючого шару (контактоутворюючий матеріал LiF), та фотоперетворюючого шару, що складається з неоднорідного гетеропереходу р-n матеріалу, в якому в ролі p-матеріалу виступають такі полімери як політіофен та стереорегулярний політіофен, а в ролі n-матеріалу виступають як мінімум одна фулерен-похідна, якою може виступати С 60, С70, С84, а для покращення їх роботи може бути використана їх сполука з інденом (С9Н8). Вказується, що в ролі верхнього контактоутворюючого шару, крім LiF, також може використовуватись ІТО (оксид індію-олова), хоча в цій ролі можуть бути використані і метали (зокрема, золото), вуглецеві нанотрубки чи провідні оксиди. Припускається наявність між верхнім контактоутворюючим шаром та фотоперетворюючим шаром створення додаткового шару, що інжектуватиме діркову провідність: PEDOT полі-(3,4-етилендіокситіофен), PEDOT/PSS полі-(3,4етилендіокситіофен)-полістиролсульфанат, або TBD - триазабіциклодецен, або NPB-N,N'-біз-(1нафтил)-N,N'-дифеніл-1,1'-біфеніл-4,4'-діамін. Перевагами даного пристрою є те, що, як фотоелектричний конвертор, він має вищу ефективність [1] в порівнянні з подібними фулеренвмісними фотоелектричними конверторами за рахунок використання полімерів для закріплення фулеренів та підвищення провідності. Недоліком його є те, що опір омічного контакту верхній контактоутворюючий шар фотоперетворюючий шар може погіршити його ефективність, адже саме омічність даного контакту впливає на кінцеві властивості фотоелектричного конвертора. Відомий "Метод формування нанорозмірних структур на поверхні напівпровідників для використання в мікроелектроніці" [4], вибраний нами за прототип, що полягає у формуванні нижнього контактоутворюючого шару (контактоутворюючий матеріал - золото моноатомної товщини з наступним нанесенням впорядкованого двомірного підшару кремнію), наступному осадженню на нього (з боку кремнію) фотоперетворюючого шару (від 1 до 3 шарів фулеренів з утворенням фулеритоподібної ґратки) та нанесенням на фотоперетворюючий шар верхнього контактоутворюючого шару (від 0,6 до 1 моношару золота в умовах надчистого вакууму при температурі підкладки 20 °C). Варіювання між опором шару та його прозорістю відбувається шляхом підбору товщини верхнього контактоутворюючого шару - моношару золота. Перевагами даного методу є створення фотоелектричного конвертора з омічним контактом між верхнім контактом та фотоперетворюючим шаром малого опору. В той же час недоліком даного методу є його недостатньо висока ефективність фотоконверсії. Задачею корисної моделі є виготовлення фотоелектричного конвертора з малим опором омічного контакту між верхнім контактоутворюючим шаром та фулеренвмісним фотоперетворюючим шаром, що сприяє підвищенню ефективності фотоконверсії. Поставлена задача вирішується способом, який включає в себе створення нижнього контактоутворюючого шару, фулеренвмісного фотоперетворюючого шару з наступним нанесенням верхнього контактоутворюючого шару, згідно з корисною моделлю, після нанесення верхнього контактоутворюючого шару додатково проводять мікрохвильовий відпал тривалістю -2 4 2 від 0,1 с до 10 годин, емітансом 10 10 Вт/см та частотою 0,1200 ГГц. Фотоелектрична конверсія відбувається на основі фотоелектричного ефекту - при попаданні на фотоперетворюючу поверхню на ній утворюється надлишок носіїв провідності. Електричний потенціал між верхнім та нижнім контактоутворюючими шарами виникає пропорційно до 1 UA 105848 U 5 10 15 20 25 30 довжини та інтенсивності світлового випромінювання. Мікрохвильова обробка необхідна для зменшення втрат, пов'язаних з опором між контактоутворюючим та фотоперетворюючим шаром і сприяє підвищенню ефективності фотоконверсії. Нижче наведено приклад реалізації способу виготовлення фотоелектричних конверторів з фулеренвмісним фотоперетворюючим шаром. На кресленні схематично зображено експериментальний зразок для визначення омічного контакту, який було отримано шляхом створення нижнього контактоутворюючого шару (3), що складався з кремнієвої підкладки (3 а) товщиною 300 мкм та титанового шару (3 б) товщиною 20 нм. На нього, з боку титанового шару (3 б), було нанесено фотоперетворюючий шар (2) товщиною 80 нм, що складався з (6,6)-феніл-С60-бутилатметилового ефіру та полі-(3гексинтіофену) у співвідношенні 2:1. На нього напилювали верхній контактоутворюючий шар (1) (на одній половині зразка наносилось золото (1 а), на іншій - титан (1 б)) товщиною 50 нм. Потім 2 над всією структурою проводився мікрохвильовий відпал тривалістю 10 с, емітансом 1,5 Вт/см та частотою 2,45 ГГц. Для перевірки зміни величини опору омічного контакту між фотоперетворюючим шаром (2) та верхнім контактоутворюючим шаром напилення останнього відбувалось через маску для його подальшого вимірювання чотирипровідним методом, зокрема, на двох сусідніх площадках (1 а, 1 б) верхнього контактоутворюючого шару одного типу металу стабілізували струм, та визначали напругу, що протікала між площадками (див. креслення). На кресленні 1 a, 1 б - верхні контактоутворюючі шари; 2 - фотоперетворюючий шар; 3 нижній контактоутворюючий шар. Контакт між верхнім контактоутворюючим шаром та фулеренвмісним фотоперетворюючим шаром, як до, так і після опромінення, мав лінійну вольт-амперну характеристику. Виміряний нами опір складався з опору омічного контакту метал - полімер та опору полімерного шару. З таблиці видно, що омічний контакт з титаном має менший опір через утворення сполуки С 60. Проведення мікрохвильового відпалу дозволило зменшити опір виміряної системи в 2,5 разу для золотих та більш, ніж в 9 разів для титанових верхніх контактоутворюючих шарів. Оскільки розміри площадок металізації були однаковими, то можемо дійти висновку, що подібні зміни не можуть бути обумовлені лише змінами в фотоперетворюючому шарі (2), або змінами контактного опору між шарами (2) та (3), і відбувались в основному через покращення контакту шарів (1) з (2). Таблиця Величина середнього арифметичного опору системи метал - фулеренвмісний фотоперетворюючий шар - метал залежно від типу металізації верхнього контактоутворюючого 2 шару та часу мікрохвильового відпалу (частотою 2,45 ГГц, емітансом 1,5 Вт/см ). Час мікрохвильового опромінення, с 0 5 10 35 40 45 RAu, Ом RTі, Ом 2,522 1,505 1,029 0,187 0,062 0,020 З наведеного прикладу видно, що при мікрохвильовому відпалі фотоелектричного 2 конвертора частотою 2,45 ГГц, емітансом 1,5 Вт/см , 10 с величина середнього арифметичного опору зменшується, що сприяє підвищенню ефективності фотоконверсії. Джерела інформації: 1. Third-generation solar cells: a review and comparison of polymer: fullerene, hybrid polymer and perovskite solar cells / Junfeng Yan, Brian R. Saunders. // RSC Advances. - 2014. - Vol. 82, No 4. - P. 43286-43314. 2. Аналог. Винахідники: Katsuyuki Yofu, Daigo Sawaki. Photoelectric conversion device, imaging device and production methods thereof; № WO 2011105624; заявл. 24.02.11; опубл. 01.09.2011. 3. Аналог. Винахідники: Darin W. Laird, Reza Stegamat, Henning Richter, Viktor Vejins, Larry Scott, Thomas A. Lada. Organic photovoltaic devices comprising fullerenes and derivatives thereof; № US 20130298993 A1; заявл. 10.04.13; опубл. 14.11.13. 4. Прототип. Винахідники: А.А. Саранин, А.В. Зотов, Д.В. Грузнев, Д.А. Цуканов, Л.В. Бондаренко, А.В. Матецкий. Способ формирования наноразмерных структур на поверхности 2 UA 105848 U полупроводников для использования в микроэлектронике; № RU 2475884; заявл. 03.08.11;опубл. 20.02.2013. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб виготовлення фотоелектричних конверторів з фулеренвмісним фотоперетворюючим шаром, який включає в себе створення нижнього контактоутворюючого шару, фулеренвмісного фотоперетворюючого шару з наступним нанесенням верхнього контактоутворюючого шару, який відрізняється тим, що після нанесення верхнього контактоутворюючого шару додатково -2 4 2 проводять мікрохвильовий відпал тривалістю від 0,1 с до 10 годин, емітансом 10 10 Вт/см та частотою 0,1200 ГГц. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3