Спосіб виготовлення омічного притискного контакту до м’якої поверхні приладів

Реферат: Спосіб виготовлення омічного притискного контакту до м'якої поверхні приладів, виконаного з водної суспензії електропровідного полімеру. Водну суспензію полімеру наносять на підкладку поруватого діелектрика, просочують її, а потім випаровують залишкову вологу природним шляхом на повітрі. UA 81588 U (12) UA 81588 U UA 81588 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області тестування фотовольтаїчних органічних перетворювачів та інших приладів на основі органічної композиції, як експрес-метод для оцінки їх електрофізичних характеристик. Ця модель також може бути використана як метод для виготовлення альтернативних гнучких електродів в електронних та оптоелектронних пристроях, що сформовані на гнучкій основі. Як омічні контакти до активних шарів фотовольтаїчних перетворювачів використовуються, як правило, жорсткі металеві контакти, нанесені методом напилення або шляхом механічного нашарування густих рідких дисперсій порошків деяких металів [1]. Однак, такі операції являють собою досить складний, дорогий і довготривалий технологічний процес, який потребує спеціального обладнання і кваліфікованого персоналу, а самі контакти є одноразовими і не придатні для повторного використання в інших структурах. Крім цього нанесення такого контакту робить незворотні зміни у самій структурі. З іншого боку, в технології виготовлення фотовольтаїчних структур на етапі дослідної роботи часто потрібно оптимізувати контакти до структури, тобто дослідити, як впливають контакти різного складу на електрофізичні характеристики. У випадку нанесення одноразового контакту структура не може бути досліджена далі з іншим контактом. Це є суттєвим недоліком одноразових контактів. З іншого боку, багаторазові притискні металеві контакти не можуть використовуватись як верхній електрод до тонких м'яких, зокрема органічних, шарів, розташованих на нижньому електроді, тому що спричиняють пошкодження шарів і закоротку до нижнього електроду, відповідно. Як прототип даної корисної моделі ми вибрали фотовольтаїчний перетворювач, отриманий авторами роботи [2]. Для отримання омічного контакту до фотовольтаїчної структури на основі органічної композиції, яка складається із суміші донора (похідна полімеру) і акцептора (похідна фулерену) з нижнім електродом оксид індію-олова (ІТО)/ оксид титану, як верхній електрод наносять електропровідний полімер полі(3,4-етилендіокситіофен)полі(стиролсульфонат)/(poly(3,4-ethylenedioxy-thiophene)-poly(styrenesulfonate), далі PEDOT:PSS, методом поливу із водної суспензії. Перевагою цього способу є те, що забезпечується гарний контакт між м'яким шаром і електродом. Але отриманий таким методом полімерний електрод є одноразовим і не може бути відірваним та дана структура не може бути досліджена з іншим електродом. Більш того, розчин полімеру може потрапляти у пори структури і спричиняти електричні закоротки з нижнім електродом. Задачею корисної моделі є створення багаторазових, гнучких омічних контактів, які інжектують дірки, на основі полімеру з великою роботою виходу, до м'якої поверхні приладів, наприклад, шарів фотовольтаїчних структур, які створені, наприклад, на основі органічних сполук. Поставлена задача вирішується тим, що виготовлення омічного притискного контакту до м'якої поверхні приладів, сформованого з водної суспензії електропровідного полімеру, який відрізняється тим, що водну суспензію полімеру наносять на підкладку поруватого діелектрика, просочують її, а потім випаровують залишкову вологу природним шляхом на повітрі. Спосіб відрізняється тим, що як електропровідний полімер використовують полі(3,4етилендіокситіофен)-полі(стиролсульфонат). Для посилення електропровідності контакту до водної суспензії полі(3,4етилендіокситіофен)-полі(стиролсульфонату) додають 4-6 мас. % етиленгліколю або диметилсульфоксиду. Отриманий таким методом електрод є м'яким, гнучким, неемітуючим домішки та багаторазовим. Спосіб, що заявляється, має наступні переваги: 1) дозволяє отримувати гнучкі омічні контакти, які здатні інжектувати дірки до структур на основі різних органічних сполук, таких як полі(3-гексилтіофен) / poly(3-hexylthiophene) (П3ГТ / РЗНТ), далі РЗНТ, фталоціаніни, шари РЗНТ з фулереновими похідними (наприклад з метиловим ефіром [6,6]-феніл- С61-масляної кислоти / [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester), далі РСВМ, або інших м'яких композицій для спрощення і здешевлення методу оцінки їх фотота електрофізичних характеристик. 2) багаторазовість використання без втрати своїх властивостей, таких як електропровідність та гнучкість. 3) відсутність електродифузії іонів металу (яка може мати місце у випадку металевих електродів), що спричиняє закоротку до нижнього електрода; 4) зменшена ймовірність руйнування м'якого шару досліджуваної структури завдяки тому, що твердість полімерного електроду значно нижче твердості металевих електродів, тому відпадає необхідність шаблонувати електрод, який знаходиться під м'яким шаром, для 1 UA 81588 U 5 10 15 20 25 30 35 уникнення закоротки. Таким чином, знижується загальна собівартість оцінки електрофізичних характеристик органічних фотовольтаїчних та інших структур. Суть корисної моделі пояснюється прикладами: Приклад 1. Якість омічного контакту полімерного електрода визначають за його здатністю інжектувати дірки у структуру порівняно з відомим твердим неорганічним електродом (ІТО), що також інжектує дірки та має близькі значення роботи виходу, на основі електричних та вольт-амперних вимірювань. Для цього формується зразок активного шару з нижнім електродом на основі ІТО та верхнім притискним електродом на основі полімеру PEDOT:PSS. Притискний електрод формується нанесенням суспензії полімеру на порувату діелектричну підкладку. Як діелектрична підкладка використовується поролон, папір, або іншій поруватий матеріал, здатний адсорбувати полімерну суспензію і створити неперервну сітку з полімерного матеріалу в об'ємі підкладки. Вольт-амперні вимірювання показують, що пряма (фіг. 1) та зворотна (фіг. 2) характеристики (відносно позитивного та негативного потенціалу на ІТО) фактично співпадають в межах похибки вимірювань. Крім цього вольт-амперні характеристики структури ІТО/активний шар/PEDOT:PSS не виявили будь-якої асиметрії і відхилення від лінійної поведінки (фіг. 3, диференційний нахил α=dlgl/dlgV у даному випадку дорівнює одиниці [3]). Це свідчить про те, що бар'єрні властивості контактів ІТО/активний шар і PEDOT:PSS/aктивний шар практично однакові. Таким чином, властивості притискного електрода на основі PEDOT:PSS не гірші від твердого ІТО. Приклад 2 На користь переваг запропонованої корисної моделі свідчить можливість варіювати властивостями притискного електрода, зокрема збільшувати його провідність за рахунок додавання органічних домішок у вихідну суспензію та/або вибору відповідної матриці-основи для змочування. Для збільшення електричної провідності полімеру у суспензію додавались органічні розчинники диметилсульфоксиду або етиленгліколю (5 мас. % у водній суспензії PEDOT:PSS). Табл. та фіг. 4 демонструють залежність фотонапруги (Voc) та фотоструму (Isc) структури ITO/CdS/PCBM:P3HT/PEDOT:PSS від складу м'якого електрода (1-PEDOT:PSS/папір; 2РЕООТ:РSS/поролон; 3-PEDOT:PSS+диметил-сульфоксид (5 мас. %)/поролон; 4 РЕDОТ:РSS+етиленгліколь (5 мас. %)/поролон; 5-PEDOT:PSS/ поліетиленгліколь. Найбільші значення відповідних характеристик показав матеріал на основі поролону з використанням етиленгліколю як домішки (зразок 4). Таблиця 2 № зразка Voc, B Isc, А/мм 1 2 0,3 0,3 1 10 -9 9 10 3 0,25 7 10 4 5 40 45 0,4 0,4 -8 -8 -7 1,6 10 -8 8 10 Фотовідгук (Iсвітловий/ Iтемновий) при 0,5 В 1,2 1,1 30 100 40 Склад притискного електрода PEDOT:PSS/папір PEDOT:PSS/поролон РЕDОТ:РSS+диметилсульфоксид (5 мас. %)/поролон РЕDОТ:РSS+етиленгліколь (5 мас. %)/поролон РЕDОТ:РSS/поліетиленгліколь Дані, представлені у Таблиці, добре корелюють із значеннями електричної провідності верхнього електроду: притискний м'який електрод дає більші значення фотоструму при збільшенні його електричної провідності. Таким чином, притискний м'який електрод на основі PEDOT:PSS є дешевою і ефективною альтернативою для експрес-вимірювань електрофізичних характеристик органічних сонячних елементів. Джерела інформації: 1. Н. Matsumoto, A. Nakano, Y. Komatsu, H. Uda, К. Kuribayashi and S. Ikegami, 8,5 % Efficient 2 Screen-Printed CdS/CdTe Solar Cell Produced on a 5 × 10 cm Glass Substrate // Jpn. J. Appl. Phys., V. 22, №.2, Р. 269-271, February, 1983. 2 UA 81588 U 5 2. R. Sondergaard, M. Helgesen, M. Jorgensen, and F. С Krebs, Fabrication of Polymer Solar Cells Using Aqueous Processing for All Layers Including the Metal Back Electrode, Adv. Energy Mater. 2011,1, 68-71. 3. P. Smertenko, L. Fenenko, L. Brehmer and S. Schrader, Differential approach to the study of integral characteristics in polymer films, Advances in Colloid and Interface Science, 2005. - V. 116, № 1-3. Р. 255-261. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Спосіб виготовлення омічного притискного контакту до м'якої поверхні приладів, виконаного з водної суспензії електропровідного полімеру, який відрізняється тим, що водну суспензію полімеру наносять на підкладку поруватого діелектрика, просочують її, а потім випаровують залишкову вологу природним шляхом на повітрі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як електропровідний полімер використовують полі(3,4-етилендіокситіофен)-полі(стиролсульфонат). 3. Спосіб за п. 1, п. 2, який відрізняється тим, що до водної суспензіїполімеру полі(3,4етилендіокситіофен)-полі(стиролсульфонат) додають 4-6 мас. %. етиленгліколю або диметилсульфоксиду. 3 UA 81588 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 4