Спосіб виготовлення органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента

Реферат: Спосіб виготовлення органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента включає хімічне осадження при кімнатній температурі на патерну поверхню кремнієвої підкладки у вигляді тетрагональних пірамід органічного шару з водного розчину клонідину гідрохлориду. До водного розчину клонідину гідрохлориду додатково додають органічну речовину, у склад якої входить хлор. Як органічну речовину використовують пентахлорфенол. UA 85003 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ОРГАНІЧНО-НЕОРГАНІЧНОЇ ГІБРИДНОЇ СТРУКТУРИ СОНЯЧНОГО ЕЛЕМЕНТА UA 85003 U UA 85003 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до напрямку сонячної енергетики та оптоелектроніки, зокрема органічно-неорганічні гібридні структури можуть бути використані як для одержання електроенергії, так і для перетворення випромінювання видимого та ближнього інфрачервоного діапазону в електричний сигнал. Воно направлено на підвищення ефективності перетворення видимого та ближнього інфрачервоного діапазону в електричну енергію. Відоме рішення виготовлення двошарової кремній-полімер структури з водного розчину малих органічних молекул. Малі органічні молекули пропонують дешеву й просту методику отримання сонячних елементів: їх легше синтезувати, вони показують вищу рухливість, ніж полімери. У той час, як коефіцієнт корисної дії сонячних елементів, отриманих із водних розчинів на даний час низькі, не вище 1 %, є великий потенціал для вдосконалення через вибір матеріалів із заданими властивостями [1]. За найближчий аналог корисної моделі вибрано рішення виготовлення шляхом хімічного осадження з водного розчину при кімнатній температурі у нормальних лабораторних умовах органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента, який має кремнієву підкладку з патерною поверхнею у вигляді тетрагональних пірамід та шар гетероциклічної хлорпохідної діазосполуки, наприклад клонідину гідрохлориду, поверхня якого виконана у вигляді самоорганізованих комірок, стінки яких утворюють фронтальну контактну сітку [2]. У цій роботі структури отримували наступним чином: Патерна кремнієва підкладка при кімнатній температурі у нормальних лабораторних умовах занурювалась у хімічну ванну з водним розчином гетероциклічної хлорпохідної діазосполуки, наприклад клонідину гідрохлориду з терміном осадження органічного шару від 2 до 24 годин до утворення на поверхні органічного шару самоорганізованих комірок, стінки яких утворюють фронтальну контактну сітку. Запропоноване рішення має ряд переваг, а саме: 1) збільшений коефіцієнт корисної дії гібриду при збереженні високої стабільності завдяки використанню гетероциклічних хлорпохідних діазосполук з поверхнею шару у вигляді самоорганізованих комірок, стінки яких утворюють фронтальну контактну сітку; а використання клонідину гідрохлориду дозволило ще більше підвищити к.к.д.; 2) спрощена конструкція завдяки меншій кількості шарів; 3) спрощена технологія виготовлення гібриду завдяки нанесенню органічного шару хімічним осадженням з водного розчину клонідину гідрохлориду при кімнатній температурі, у порівнянні з прототипом, де використовувався спін-коутер та хлорвмісний розчинник; 4) енергоощадливість завдяки відсутності високотемпературних процесів; 5) спрощені умови отримання гібридів завдяки відсутності необхідності безоксигенової атмосфери. Таким чином, підвищується коефіцієнт корисної дії при збереженні стабільності параметрів сонячного елемента, спрощується технологія виготовлення органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента та зменшуються енерговитрати на виготовлення сонячного елемента. Проте ефективність перетворення світлової енергії на електричну недостатня для комерційного застосування цього технічного рішення. Задачею корисної моделі є підвищення к.к.д. при збереженні стабільності параметрів сонячного елемента та простоти технології отримання органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента, а також при тих же енерговитратах на виробництво сонячного елемента. Поставлена задача вирішується тим, що у способі виготовлення органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента, який включає хімічне осадження при кімнатній температурі на патерну поверхню кремнієвої підкладки у вигляді тетрагональних пірамід органічного шару з водного розчину клонідину гідрохлориду протягом 2-24 годин, до водного розчину клонідину гідрохлориду додатково додають органічну речовину, у склад якої входить хлор. Спосіб відрізняється також тим, що як органічну речовину, до складу якої входить хлор, використовують пентахлорфенол при наступному співвідношенні компонентів у розчині мас. %: -3 -3 клонідину гідрохлориду від 1·10 мас. % до 3·10 ; -3 -1 пентахлорфенолу від 1·10 мас. % до 3·10 мас. %; вода - решта. Робота органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента полягає у розділенні збуджених під дією світла електронів та дірок між донорними та акцепторними компонентами та їх наступним рухом до електродів. Одним з ключових факторів є підвищення кількості збуджених під дією світла електронів та дірок. Використання додаткової хлорвмісної органічної речовини призводить до сенсибілізації поверхні кремнію у короткохвильовій області, що додає 1 UA 85003 U 5 10 кількість збуджених електронів та дірок та призводить до підвищення к.к.д. органічнонеорганічної гібридної структури сонячного елемента. Суть корисної моделі пояснюється прикладами. Приклад 1. У хімічній ванні при кімнатній температурі звичайних атмосферних умовах на патерну кремнієву підкладку було осаджено шар клонідину гідрохлориду з добавками різних органічних хлорвмісних сполук. Параметри отриманих органічно-неорганічних гібридних структур сонячного елемента вимірювались на стандартизованому обладнанні. У таблиці 1 наведено к.к.д. гетероструктур, осаджених з клонідину гідрохлориду з різними добавками органічних хлорвмісних сполук. Таблиця 1 К.к.д. гетероструктур, осаджених з водного розчину клонідину гідрохлориду протягом 4 годин з -2 різними добавками органічних хлорвмісних сполук з концентрацією 1·10 мас. % Тетрахлорид вуглецю 3,5 Добавка К.к.д., % 15 20 Пентахлорфенол Трихлорфенол 8,3 7 З таблиці 1 видно, що гетероструктури на основі патерного кремнію з шаром клонідину гідрохлориду, осадженого з водного розчину з різними добавками органічних хлорвмісних сполук демонструють підвищений к.к.д., проте найбільший к.к.д. досягається при використанні як добавки пентахлорфенолу. Приклад 2. У хімічній ванні при кімнатній температурі звичайних атмосферних умовах на патерну кремнієву підкладку з водного розчину було осаджено органічний шар клонідину гідрохлориду з добавкою органічної хлорвмісної речовини пентахлорфенолу при різних концентраціях добавки у розчинах. У таблиці 2 наведено к.к.д. гетероструктур, осаджених з водного розчину клонідину гідрохлориду протягом 4 годин з добавкою пентахлорфенолу при різних концентраціях добавки у розчинах. Таблиця 2 К.к.д. гетероструктур з шаром клонідину гідрохлориду з добавкою пентахлорфенолу, отриманих при різних концентраціях пентахлорфенолу у розчинах Концентрація добавки К.к.д., % -4 -3 -3 -3 -2 3·10 мас. % 1·10 мас. % 3·10 мас. % 5·10 мас. % 1·10 мас. % 3,07 8,3 8,25 7,21 3,89 25 30 35 З таблиці 2 видно, що найбільші значення к.к.д. припадають на діапазон концентрацій -2 -2 пентахлорфенолу від 1·10 мас. % до 3·10 мас. %. Таким чином, спосіб, що заявляється, дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії при збереженні стабільності параметрів сонячного елемента та при тих же енерговитратах та без ускладнення технологічного процесу. Джерела інформації:. 1. Photovoltaics from soluble small molecules. Matthew T. Lloyd, John E. Anthony, and George G. Malliaras. Materials Today, 2007, v. 10, p. 34-41. 2. Спосіб виготовлення органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента, Горбач Т.Я., Смертенко П.С., заявка на патент України на корисну модель № u04485 від 03.12.12. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Спосіб виготовлення органічно-неорганічної гібридної структури сонячного елемента, що включає хімічне осадження при кімнатній температурі на патерну поверхню кремнієвої підкладки у вигляді тетрагональних пірамід органічного шару з водного розчину клонідину гідрохлориду протягом 2-24 годин, який відрізняється тим, що до водного розчину клонідину гідрохлориду додатково додають органічну речовину, у склад якої входить хлор. 2 UA 85003 U 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як органічну речовину, до складу якої входить хлор, використовують пентахлорфенол при наступному співвідношенні компонентів у розчині, мас. %: -3 -3 клонідину гідрохлориду від 1·10 до 3·10 -3 -3 пентахлорфенолу від 1·10 до 3·10 вода решта. Комп’ютерна верстка М. Мацело 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