Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Штрекерт О.Ю.
В последние годы учеными многих стран (Япония, Великобритания, Китай, Россия) широко исследуются солнечные элементы на основе неорганических полупроводников (a-Si, пк-Si, GaAs, CdS и другие). Но данные солнечные элементы имеют ряд недостатков.

Основными недостатками таких солнечных элементов являются:

1. Сложность технологии изготовления (требуется 8 операций вместо 4 как для солнечных элементов на основе органических полупроводников) [1];

2. Они достаточно дорогостоящи (в 10 раз дороже органических полупроводников);

3. Обладают узкой областью спектральной чувствительности (лишь два-три чувствительны во всей видимой области).

В отличие от солнечных элементов на основе неорганических полупроводников солнечные элементы на основе органических полупроводников обладают широким спектром поглощения и широкой спектральной характеристикой (от 400до 1000нм). Также можно получить высокую фоточувствительность в любой области длин волн (УФ, видимой и ИК).

Известен способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию, который заключается в следующем: на пластинку арсенида галлия толщиной 0,4 мм, предварительно подвергнутую травлению, наносят тыловой омический электрод из никеля или меди [1]. На противоположную поверхность арсенида галлия наносят в вакууме фоточувствительный слой фталоцианина меди толщиной 20 нм. Слой фталоцианина меди подвергают легированию очищенным кислородом [2]. На слой фталоцианина меди напыляют полупрозрачный электрод из серебра, пропускающий (10÷15)% падающего света. Достоинством данного способа изготовления твердотельного фотогальванического элемента является высокий КПД равный 18,2%. Недостатком данного способа является низкая фоточувствительность по фото-ЭДС в коротковолновой области видимого света (λ=400÷500нм).

Нами получены солнечные элементы с p-i-n-структурой, которые в 10 раз чувствительнее (на длине волны λ=420нм), чем солнечные элементы с гетеропереходом, изготовленные из тех же материалов, то есть GaAs и CuPc (см. таб.1). Данные солнечные элементы в 5-10 раз чувствительнее в пределах длин волн 400-500нм солнечных элементов с гетеропереходом.

Таблица 1. Солнечные элементы с p-i-n-структурой

λ,нм

400

410

420

430

440

450

460

470

480

490

500

(Uxx/P)∙10-4,В/Вт

(солнеч. эл.

p-i-n-структуры)

62

80

100

93

90

88

70

70

60

50

45

(Uxx/P)∙10-4,В/Вт

(солн.эл. с гетероперех.)

7

9

10

11

12

12

13

15

17

18

19

Для получения СЭ p-i-n-структуры использована монокристаллическая пластинка GaAs, который обладает следующими характеристиками: подвижность носителей заряда m=0,85cм2/(В×с), концентрация собственных носителей n0=5×1024 м-3, ширина запрещенной зоны Eg=1,43 эВ при 300К, энергия уровня Ферми Ec-EF=0,02 эВ. Основные характеристики CuPc: μ=2,25×10-5см2/(В×с), n0=2,86×1023 м-3, Eg=2 эВ, Ec-EF=1,4 эВ.

Монокристаллические пластинки n-GaAs любезно предоставлены ФТИ им. А.Ф. Иоффе (г. С.-Пб.), а CuPc синтезирован и очищен двукратной сублимацией в вакууме в Ивановском химико-технологическом университете (концентрация остаточной примеси ≤10-4 %). Пластинка из n-GaAs подвергалась травлению в течение 30 с в растворе H2O2: NH4OH:H2O (1:1:3) с последующим промыванием в дистиллированной воде и высушивалась в парах спирта. На подготовленную пластинку n-GaAs в вакууме (не хуже 10-3 Па) при температуре 473 К наносили омический контакт из Ge + Au, а на другую сторону вакуумной сублимацией наносился слой CuPc с собственной проводимостью (i- слой) и на последний - слой CuPc, легированный кислородом (p- CuPc). Полупрозрачный (t=10-15 %) фронтальный контакт напылялся термическим испарением Ag.

Литература:

  1. Пат. №2071148 РФ. Способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию/ М.И. Федоров, В.А. Шорин, С.В. Масленников, С.К. Корнейчук,ВоПИ. Опубл. 27.12.1997. Бюлл. №36.
  2. А.с.487585 М Кл С 09В 47/04 Способ очистки фталоцианина меди/ Ю.И. Хойнов, М.И. Федоров, М.И. Альянов, В.Ф. Бородкин, В.А. Бендерский, В.Р. Ларионов.-№1773084/23-4; Заявл.13.04.72.-8с.

Библиографическая ссылка

Штрекерт О.Ю. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 8. – С. 76-77;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=23499 (дата обращения: 15.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074