Спосіб одержання плазмонного сонячного елемента

Реферат: Спосіб одержання плазмонного сонячного елемента, що включає нанесення на скляну підкладку плівки аморфного кремнію, вирощування плівки оксиду кремнію шляхом нагрівання аморфного кремнію до високих температур, нанесення плівки срібла, згідно з корисною 3 моделлю, готують розчин азотнокислого срібла концентрацією 0,1-1,0 г/дм і розчин альгінату 3 натрію концентрацією 3,0-6,0 г/дм , змішують у рівних об'ємах, в суміш поміщають підкладку з нанесеною плівкою оксиду кремнію і опромінюють суміш джерелом УФ-випромінювання протягом 10-30 хв. Після чого підкладку виймають із розчину і промивають у дистильованій воді. UA 75622 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ПЛАЗМОННОГО СОНЯЧНОГО ЕЛЕМЕНТА UA 75622 U UA 75622 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології одержання сонячних елементів і може бути використана при виробництві фотоелектричних систем перетворення сонячної енергії в електричну, для виготовлення сонячних активних елементів. Як аналог вибрано спосіб одержання плазмонного сонячного елемента, що полягає у формуванні на поверхні напівпровідникового фоточутливого шару металевої субхвильової ґратки, яка виготовляється з напиленого на поверхню фоточутливого шару металу методом фотолітографії [Doskolovich L.L., Kadomina E.A., Kadomin I.I. Nanoscale photolithography by means of surface plasmon interference // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2007. Vol. 9, N 10. P. 854-857 і Каротенуто Ж., Звездин К., Белотелов В. Разработка и внедрение наноматериалов для производства солнечных батарей // Международный форум по нанотехнологиям, Москва, 2008]. Недоліком такого способу є його висока вартість, обумовлена необхідністю застосування трудомісткого і дорогого процесу фотолітографії. Як прототип вибрано спосіб одержання плазмонного сонячного елемента, що містить як субхвильову ґратку на поверхні аморфного кремнію наночастинки срібла [http://images.iop.Org/objects/nano/news/8/3/48/pdf.pdf або Catchpole K.R., Polman A. Plasmonic solar cells // Optics Express. 2008. Vol. 16, N 26. P. 21793-21800], який включає нанесення на скляну підкладку плівки аморфного кремнію, вирощування плівки оксиду кремнію нагріванням аморфного кремнію до високих температур, осадження тонкої плівки срібла на поверхню оксиду кремнію з подальшим відпалюванням при 200 °C, у результаті чого, завдяки поверхневому натягу, утворюються рівномірно розподілені по поверхні наночастинки срібла приблизно однакових розмірів. Такий елемент працює на ефекті збудження падаючим випромінюванням плазмонполяритонів - поверхневих електромагнітних хвиль на межі метал-діелектрик [Slaoui A., Collins R.T. Advanced inorganic materials for photovoltaics // MRS Bullettin. 2007. Vol. 32, N 3. P. 211-218]. У результаті збудження поверхневих плазмон-поляритонів виникає локальне посилення (у десятки разів) інтенсивності падаючої електромагнітної хвилі в області порядку декількох сотень нанометрів поблизу межі поділу між металом і діелектриком. Недоліком такого способу є його висока вартість, обумовлена способом одержання наночастинок срібла. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити спосіб одержання плазмонного сонячного елемента шляхом застосування більш технологічної операції формування наночастинок срібла на поверхні фотоприймального шару сонячного елемента. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання сонячного елемента, який включає нанесення на скляну підкладку плівки аморфного кремнію, вирощування плівки оксиду кремнію шляхом нагрівання аморфного кремнію до високих температур, нанесення плівки срібла, згідно з корисною моделлю, готують розчин азотнокислого срібла концентрацією 0,1-1,0 3 3 г/дм і розчин альгінату натрію концентрацією 3,0-6,0 г/дм , змішують у рівних об'ємах, в суміш поміщають підкладку з нанесеною плівкою оксиду кремнію і опромінюють суміш джерелом УФвипромінювання протягом 10-30 хв, після чого підкладку виймають із розчину і промивають у дистильованій воді. Одержаний таким способом плазмонний сонячний елемент має ті ж технічні характеристики, що і прототип, але простіший в реалізації і має набагато меншу вартість. Спосіб реалізується так. На скляну підкладку наноситься плівка аморфного кремнію. Потім на її поверхні відпалюванням вирощується плівка оксиду кремнію. Готують розчин азотнокислого срібла 3 3 концентрацією 0,1-1,0 г/дм і розчин альгінату натрію концентрацією 3,0-6,0 г/дм , розчини змішують у рівних об'ємах, у суміш поміщають підкладку з нанесеною плівкою оксиду кремнію і протягом 10-30 хв суміш опромінюють джерелом УФ-випромінювання. При цьому на поверхні плівки оксиду кремнію відбувається утворення наночастинок срібла і їх закріплення. Потім підкладку виймають із розчину і промивають у дистильованій воді. Приклад реалізації способу. Як приклад реалізації способу виготовлялася структура, яка на провідній підкладці, що виконує роль нижнього контакту, містила такі тонкоплівкові шари: - шар гідрогенізованого аморфного кремнію n-типу товщиною 1000 нм; - шар гідрогенізованого аморфного кремнію р-типу товщиною 800 нм; - металеве покриття у вигляді наночастинок срібла; - верхній металевий контакт із плівки алюмінію товщиною 300 нм. Напівпровідникові плівки гідрогенізованого аморфного кремнію n-типу були одержані за силановою технологією методом іонного розпилення в суміші аргону і водню мішені кремнію, легованого фосфором, аморфного кремнію р-типу - мішені кремнію, легованого бором. Підкладка при осадженні плівок кремнію нагрівалася до температури 250 °C. 1 UA 75622 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Синтез наночастинок срібла на підкладку проводять так. Приклад 1. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (0,05 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100% коефіцієнт поглинання. Приклад 2. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (0,1 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100 % коефіцієнт поглинання. Приклад 3. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (0,5 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100 % коефіцієнт поглинання. Приклад 4. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (1,0 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100% коефіцієнт поглинання. Приклад 5. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (2,0 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (1,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Характеристики елемента не змінюються. Приклад 6. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (1,0 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (2,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100 % коефіцієнт поглинання. Приклад 7. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (1,0 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (3,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100 % коефіцієнт поглинання. Приклад 8. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 (1,0 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (4,5 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100% коефіцієнт поглинання. Приклад 9. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (1,0 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (6,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100 % коефіцієнт поглинання. Приклад 10. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (1,0 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (7,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудинузі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Характеристики елемента не змінюються. Приклад 11. 2 UA 75622 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (0,5 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 5 хв. Одержаний елемент забезпечує 100 % коефіцієнт поглинання. Приклад 12. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (0,5 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 10 хв. Одержаний елемент забезпечує 100 % коефіцієнт поглинання. Приклад 13. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (0,5 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 20 хв. Одержаний елемент забезпечує 100% коефіцієнт поглинання. Приклад 14. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (0,5 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 30 хв. Одержаний елемент забезпечує 100 % коефіцієнт поглинання. Приклад 15. Для нанесення наночастинок срібла на підкладку готували розчини азотнокислого срібла 3 3 (0,5 г/дм по сріблу) і альгінату натрію (5,0 г/дм ) і змішували їх у рівних об'ємах, суміш наливали в посудину зі скла марки ПІРЕКС і поміщали в нього підкладку, потім посудину опромінювали джерелом УФ-випромінювання протягом 40 хв. Характеристики елемента не змінюються. Верхній металевий контакт одержували методом вакуумного термічного напилення алюмінію. Після виготовлення плазмонного сонячного елемента вимірювалися спектри коефіцієнта пропускання структури-свідка, тобто структури без нанесених наночастинок срібла, і повністю готового плазмонного сонячного елемента в діапазоні довжин хвиль від 400 до 800 нм, а також залежності напруги холостого ходу на електродах фотоприймача від довжини хвилі джерела світла спектрофотометра. Було встановлено таке: - коефіцієнт пропускання структури повністю готового плазмонного сонячного елемента в цьому ж діапазоні довжин хвиль дорівнював нулю; - напруга холостого ходу на електродах фотоприймача в структурі повністю готового плазмонного сонячного елемента перевищувала значення, виміряне для структури-свідка. Отримані дані свідчили про можливість одержання наночастинок срібла як субхвильової ґратки на поверхні плівки оксиду кремнію запропонованим способом. Перевагою пропонованого способу є спрощення способу і його низька вартість у порівнянні з прототипом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб одержання плазмонного сонячного елемента, що включає нанесення на скляну підкладку плівки аморфного кремнію, вирощування плівки оксиду кремнію шляхом нагрівання аморфного кремнію до високих температур, нанесення плівки срібла, який відрізняється тим, 3 що готують розчин азотнокислого срібла концентрацією 0,1-1,0 г/дм і розчин альгінату натрію 3 концентрацією 3,0-6,0 г/дм , змішують у рівних об'ємах, в суміш поміщають підкладку з нанесеною плівкою оксиду кремнію і опромінюють суміш джерелом УФ-випромінювання протягом 10-30 хв., після чого підкладку виймають із розчину і промивають у дистильованій воді. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3