RU194493U1 - Устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей - Google Patents
Устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей Download PDFInfo
- Publication number
- RU194493U1 RU194493U1 RU2019133024U RU2019133024U RU194493U1 RU 194493 U1 RU194493 U1 RU 194493U1 RU 2019133024 U RU2019133024 U RU 2019133024U RU 2019133024 U RU2019133024 U RU 2019133024U RU 194493 U1 RU194493 U1 RU 194493U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphene
- quantum dots
- layer
- sheets
- photonic crystal
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 26
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 5
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical group [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical group [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000460 chlorine Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 2
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical group [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 16
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 16
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 1
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 1
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/15—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
Abstract
Использование: для производства высокоэффективных солнечных батарей. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей, содержащее пластину, включающую двухмерный фотонный кристалл, представляющий собой периодическую структуру, состоящую из массива параллельных наностержней, расположенных в узлах двухмерной решетки, в пространстве между которыми расположен гибридный материал, состоящий из листов производных графена и квантовых точек, выполнено так, что поверхность пластины, включающей двухмерный фотонный кристалл, со стороны фотонного кристалла покрыта слоем материала с электропроводящими свойствами, который используется в качестве анода, а на поверхность этого слоя нанесен слой материала, обладающего свойствами селективного транспорта дырок, при этом гибридный материал из листов производных графена и квантовых точек представляет собой сшитые плотноупакованные пленки квантовых точек на поверхности листов производных графена, а в качестве катода применена пленка металла, которая содержит отверстия, расположенные в узлах двухмерной решетки, а свободное пространство между наностержнями, гибридным материалом и дырочным транспортным слоем заполнено электролитом. Технический результат: обеспечение возможности повышения эффективности поглощения солнечного излучения в широком диапазоне длин волн. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Полезная модель относится к области фотовольтаики, в частности к задачам по разработке и производству высокоэффективных солнечных батарей. Устройство предлагаемой конструкции позволяет повысить эффективность сбора и конверсии солнечной энергии в широком диапазоне длин волн. Кроме того, предлагаемое устройство обладает повышенной устойчивостью к факторам внешней среды, таким как повышенная влажность воздуха, что повышает надежность и долговечность солнечных батарей на его основе.
Известно устройство солнечной батареи на основе квантовых точек (КТ), описанное в патенте [1]. Известное устройство состоит из электрон-транспортного слоя (ЭТС), фотоактивного слоя, включающего ансамбли КТ разного размера, поверхность которых покрыта бифункциональными лигандами, служащими для облегчения транспорта электронов от КТ, и полимерного слоя, обеспечивающего транспорт дырок (дырочного транспортного слоя, ДТС). В известной конструкции, слой КТ служит для поглощения квантов солнечного излучения с образованием электрон-дырочных пар, а ЭТС и ДТС служат для транспорта носителей заряда, образовавшихся при возбуждении КТ, и их транспорта к электродам. К недостаткам известного решения стоит отнести то, что в качестве материала ЭТС и ДТС применяются органические аминокислоты, что снижает стабильность солнечных батарей, и невысокую эффективность транспорта носителей заряда из КТ. Кроме того, стоит отметить, что применение в качестве фотоактивного материала исключительно КТ не может обеспечить высокой эффективности сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн.
Схожее техническое решение раскрыто в заявке [2], где фотоактивный слой квантовых точек помещен между двумя брегговскими зеркалами, образованными одномерными фотонными кристаллами. К недостаткам известного решения относится то, что увеличение эффективности поглощения солнечного света в нем связано только с тем, что предложенная структура позволяет локализовать свет в фотоактивной области, однако не обеспечивает усиления поглощения солнечного излучения. Кроме того, такое устройство оказывается подвержено воздействиям внешней среды из-за применения органических соединений.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является устройство для сбора солнечного излучения и генерации носителей заряда, описанное в патенте [3], выбранное в качестве прототипа. Известное устройство состоит из прозрачной пластины, включающей двухмерный фотонный кристалл, на поверхности которого расположен тонкий слой прозрачного материала с электропроводящими свойствами, который используется в качестве электрода, а в пространстве между стержнями расположен гибридный материал, состоящий из листов производных графена и квантовых точек, помещенный в электролит. К недостаткам известного решения стоит отнести то, что применение данной структуры фотонного кристалла усиливает поглощение солнечного излучения только в заданной области спектра (в частности, в ближней ИК-области), но при этом увеличивает отражение излучения с другими длинами волн, тем самым снижая общую эффективность поглощения солнечного излучения в широком диапазоне длин волн. Кроме того, применение описанного в прототипе гибридного материала из графена и КТ, в котором последние иммобилизованы на поверхности графена с помощью органических молекул, не обеспечивает достаточно плотного контакта межу графеном и КТ, что препятствует эффективному переносу носителей заряда, а сами органические молекулы могут быть подвержены деградации в условиях повышенной температуры. Также стоит отметить, что использование электролита не может обеспечить селективный транспорт носителей заряда к соответствующим электродам, что в результате повышает вероятность рекомбинации электрон-дырочной пары и снижает эффективность солнечной батареи в целом.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание полностью неорганического устройства для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для использования в составе солнечных батарей, обладающего повышенной стабильностью в условиях высокой влажности окружающего воздуха, а также обеспечивающего высокую эффективность поглощения солнечного излучения в широком диапазоне длин волн, за счет улучшения поглощения гибридного фотоактивного слоя, усиления эффективности разделения носителей заряда и оптимизации структуры электродов.
Технический результат достигается тем, что устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазон длин волн для солнечных батарей, содержащее пластину, включающую двухмерный фотонный кристалл, представляющий собой периодическую структуру, состоящую из массива параллельных наностержней, расположенных в узлах двухмерной решетки, в пространстве между которыми расположен гибридный материал, состоящий из листов производных графена и квантовых точек выполнено так, что поверхность пластины, включающей двухмерный фотонный кристалл, со стороны фотонного кристалла покрыта слоем материала с электропроводящими свойствами, который используется в качестве анода, а на поверхность этого слоя нанесен слой материала, обладающего свойствами селективного транспорта дырок, при этом гибридный материал из листов производных графена и квантовых точек, представляет собой сшитые плотноупакованные пленки квантовых точек на поверхности листов производных графена, а в качестве катода применена пленка металла, которая содержит отверстия, расположенные в узлах двухмерной решетки, а свободное пространство между наностержнями, гибридным материалом и дырочным транспортным слоем заполнено электролитом.
Использование в солнечных батареях подложки, включающей фотонный кристалл, позволяет усилить поглощение излучения в заданном диапазоне длин волн, однако поглощение вне этого диапазона значительно снижается. Для устранения этого недостатка нами предложен катод специальной структуры, представляющий собой тонкий лист металла, в котором изготовлены отверстия, расположенные в узлах двухмерной решетки, т.е. в структуре катода также создан двухмерный фотонный кристалл. Таким образом, варьируя параметры решетки и размер отверстий можно добиться резонансной волновой моды, которая будет локализовать электромагнитное излучение внутри фотоактивного слоя, тем самым увеличивая эффективность поглощения солнечного изучения в широком диапазоне длин волн. Для повышения эффективности солнечных батарей важна не только эффективность поглощения солнечного излучения, но и высокая эффективность генерации и разделения носителей зарядов, образующихся под действием солнечного излучения. В солнечных батареях на основе квантовых точек генерация электрон-дырочных пар происходит в квантовых точках, в результате их возбуждения солнечным излучением, однако, так как этот процесс конкурирует с люминесценцией КТ, необходимо улучшить эффективность переноса носителей зарядов из КТ, что в результате снизит их флуоресценцию и приведет к повышению эффективности солнечной батареи. Известным подходом для решения этой задачи является применение графена, который благодаря высокой подвижности зарядов, позволяет значительно улучшить транспорт электронов в фотоактивном слое (т.е. выполняет функцию электрон-транспортного слоя) и снизить рекомбинацию электрон-дырочных пар. Для улучшения стабильности и оптических свойств КТ, а также иммобилизации их на поверхности графена применяют пассивацию их поверхности различными лигандами, однако, традиционно применяемые для этих целей органические лиганды обладают рядом недостатков. Например, органические лиганды могут разрушаться в условиях работы солнечных батарей (высокая температура и влажность), снижая тем самым стабильность последних. Кроме того, в силу сравнительно большого физического размера органических лигандов, они могут препятствовать эффективному переносу носителей заряда от КТ на графен, экранируя их внутри КТ и увеличивая вероятность рекомбинации. Для решения этой задачи нами предложено использовать сравнительно короткие неорганические соединения, например PbI2, для пассивации поверхности КТ, что позволяет создавать плотноупакованные сшитые структуры из квантовых точек и графена (его производных) и улучшить транспорт носителей заряда между КТ и графеном. Одним из факторов, ухудшающих долговременную стабильность солнечных батарей, является окисление фотоактивного слоя и органических полимеров в условиях высокой влажности. При этом, ранее было показано, что добавление восстановленного оксида графена препятствует окислительному разрушению квантовых точек. Кроме того, окислительному разрушению могут подвергаться не только квантовые точки, но и дырочные и электронные транспортные слои, выполненные из органических материалов. Для повышения стабильности нами, в качестве дырочного транспортного слоя, предложен оксид графена, который эффективно заменяет традиционно применяемый для этой цели органический полимерный материал PEDOT:PSS. Таким образом, примененные подходы по улучшению разделения носителей заряда и их транспорту в фотоактивном слое, а также применение катода в форме двухмерного фотонного кристалла позволяют повысить поглощение солнечного излучения и улучшить эффективность его конверсии.
Существует частный случай, в котором в качестве материала пластины для изготовления двухмерного фотонного кристалла применено стекло, полистирол, оксид кремния.
Возможен частный случай, когда в качестве материала анода применен оксид индия-олова, оксид алюминия-цинка, оксид олова, графен или его производные.
Также возможен частный случай, когда в качестве материала, обладающего свойствами селективного транспорта дырок, применен сульфид молибдена, оксид никеля, оксид ванадия, оксид графена, или оксид графена модифицированный фтором, хлором или наночастицами серебра.
Существует частный случай, где в качестве листов производных графена используют однослойные или многослойные листы производных графена или их комбинацию.
Также существует частный случай, в котором в качестве производных графена применен оксид графена, восстановленный оксид графена, хлорированный оксид графена или их комбинация.
Кроме того, возможен частный случай, когда в состав гибридного материала входят квантовые точки состава PbS, PbSe, CuInS2, CuInSe2, PbS/PbSe или комбинации этих квантовых точек.
Возможен частный случай, в котором толщина катода имеет значение от 10 до 50 нм.
Также возможен частный случай, когда в качестве материала катода применено золото, платина, серебро или алюминий.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая конкретный пример устройства для сбора солнечного излучения в широком диапазон длин волн для солнечных батарей. На фиг. 1 цифрами обозначены следующие элементы: пластина, содержащая фотонный кристалл - 1; анод - 2; дырочный транспортный слой - 3; наностержни, образующие фотонный кристалл - 4; электролит - 5; катод - 6; лист производных графена - 7; квантовая точка - 8.
Подтверждение работоспособности предложенного устройства раскрывается нижеследующим примером. Исследование проводилось на солнечной батарее следующей структуры: подложка фотонного кристалла и сам фотонный кристалл выполнены из оксида кремния, фотонный кристалл представляет собой массив наностержней, расположенных в углах гексагональной решетка с периодом 590 нм, диаметр наностержня - 215 нм, высота наностержня 500 нм, расчет параметров ФК проводился методом конечных разностей во временной области (FDTD). Приведенная структура ФК обеспечивает усиление сбора солнечной энергии в диапазоне длин волн от 1,0-1,4 мкм, что соответствует спектру поглощения использованных КТ. Несмотря на то, что высота наностержней влияет на толщину фотоактивного слоя и равномерность распределения электромагнитного поля внутри фотонного кристалла, было решено сократить длину наностержней, чтобы добиться наилучшей эффективности транспорта носителей заряда. Анод, толщиной порядка 40 нм, из оксида индия-олова был нанесен на подложку, со стороны фотонного кристалла, методом магнетронного напыления в вакууме. В качестве ДТС применен тонкий слой (порядка 2 нм) из оксида графена. В качестве гибридного фотоактивного материала применялся монослойные листы восстановленного оксида графена, на поверхности которого иммобилизованы КТ состава PbS и диаметром 5±0,5 нм, при этом поверхность КТ была пассивирована PbI2, что позволило добиться плотной упаковки и хорошего транспорта электронов между КТ и восстановленным оксидом графена без применения органических соединений. Гибридный фотоактивный материал указанного состава наносился в пространство между наностержнями в полисульфидном электролите. В качестве катода использовалась пленка алюминия толщиной порядка 20 нм, с отверстиями диаметром 300 нм, расположенными в узлах гексагональной решетки с периодом 170 нм. Для сравнения использовалось контрольное устройство аналогичной структуры за тем исключением, что параметры отверстий в катоде были следующими: диаметр отверстий - 220 нм, период 600 нм, т.е. усиливали поглощение только в ближней ИК-области. На фиг. 2 представлены нормированные спектры поглощения устройств, цифрами обозначены: спектр поглощения контрольного устройства - 9; спектр поглощения предлагаемого устройств - 10. Спектры были получены на спектрофотометре (Agilent Сагу 60). Из вышеизложенного видно, что предлагаемое устройство обладает лучшим поглощением в видимой области спектра.
Увеличение стабильности в предлагаемой полезной модели раскрывается на следующем примере. Были изготовлены два образца гибридного материала. Образец А - монослойные листы восстановленного оксида графена, на поверхности которого иммобилизованы КТ состава PbS и диаметром 5±0,5 нм, поверхность КТ пассивирована PbI2; образец Б - монослойные листы восстановленного оксида графена, на поверхности которого иммобилизованы КТ состава PbS и диаметром 5±0,5 нм, поверхность КТ пассивирована 3-меркаптопропил-триметоксисиланом. Спектр поглощения гибридного материала обоих образцов снимался в 1, 5 и 15 сутки после изготовления гибридного материала. Для имитации условий повышенной температуры и влажности все образцы хранились в герметично закрытых контейнерах с водой, без непосредственного контакта воды и гибридного материала, в термостате при 37°С. На фиг. 3 представлены нормированные спектры поглощения образцов А и Б, цифрами обозначены: спектр поглощения образца А на первые сутки - 11, спектр поглощения образца А на пятые сутки - 12, спектр поглощения образца А на пятнадцатые сутки - 13; спектр поглощения образца Б на первые сутки - 14, спектр поглощения образца Б на пятые сутки - 15, спектр поглощения образца Б на пятнадцатые сутки - 16. По падению поглощения можно судить о деградации гибридного материала, созданного с использованием органического лиганда (образец Б), в то время как неорганический гибридный материал (образец А) разрушается существенно медленнее, так как его спектр поглощения остается более стабильным.
Улучшение разделения носителей заряда показано на примере сравнения гибридного материала образцов А и Б из предыдущего примера. Очевидно, что улучшение разделения носителей зарядов должно приводить к снижению флуоресценции гибридного материала. Для этого были сняты спектры флуоресценции образцов А и Б, представленные на фиг. 4, цифрами обозначены: спектр флуоресценции образца А - 17; спектр флуоресценции образца Б - 18. В результате показано, что образец А обладает менее интенсивной флуоресценцией, чем образец Б, что говорит о лучшем разделении разделения носителей зарядов в нем.
Таким образом, предложенная конструкция устройства для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей позволяет, во-первых, улучшить эффективность поглощения излучения в широком диапазоне длин волн за счет усиления эффективности разделения носителей заряда и использования структуры фотонного кристалла в составе катода, а во-вторых, снизить деградацию элементов устройства, вызванную окислением в условиях высокой влажности окружающего воздуха, за счет отказа от использования органических компонентов, что является актуальным и востребованным для улучшения КПД и стабильности солнечных батарей.
Источники информации
1. Bogdan Serban et al. Quantum dot solar cell. Патент США US 8227686 B2.
2. Takashi Kita et al. Quantum dot solar cell. Заявка JP 2011029464 A.
3. Соколов П.М. и др. Устройство для сбора солнечного излучения и генерации носителей заряда для прозрачных солнечных батарей. Патент РФ RU 2018138552 U.
Claims (9)
1. Устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей, содержащее пластину, включающую двухмерный фотонный кристалл, представляющий собой периодическую структуру, состоящую из массива параллельных наностержней, расположенных в узлах двухмерной решетки, в пространстве между которыми расположен гибридный материал, состоящий из листов производных графена и квантовых точек, отличающееся тем, что поверхность пластины, включающей двухмерный фотонный кристалл, со стороны фотонного кристалла покрыта слоем материала с электропроводящими свойствами, который используется в качестве анода, а на поверхность этого слоя нанесен слой материала, обладающего свойствами селективного транспорта дырок, при этом гибридный материал из листов производных графена и квантовых точек представляет собой сшитые плотноупакованные пленки квантовых точек на поверхности листов производных графена, а в качестве катода применена пленка металла, которая содержит отверстия, расположенные в узлах двухмерной решетки, а свободное пространство между наностержнями, гибридным материалом и дырочным транспортным слоем заполнено электролитом.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве материала пластины для изготовления двухмерного фотонного кристалла применено стекло, полистирол, оксид кремния.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве материала анода применен оксид индия-олова, оксид алюминия-цинка, оксид олова, графен или его производные.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве материала, обладающего свойствами селективного транспорта дырок, применен сульфид молибдена, оксид никеля, оксид ванадия, оксид графена или оксид графена, модифицированный фтором, хлором или наночастицами серебра.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве листов производных графена используют однослойные или многослойные листы производных графена или их комбинацию.
6. Устройство по пп. 1, 5, отличающееся тем, что в качестве производных графена применен оксид графена, восстановленный оксид графена, хлорированный оксид графена или их комбинация.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в состав гибридного материала входят квантовые точки состава PbS, PbSe, CuInS2, CuInSe2, PbS/PbSe или комбинации этих квантовых точек.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина катода имеет значение от 10 нм до 50 нм.
9. Устройство по пп. 1, 8, отличающееся тем, что в качестве материала катода применено золото, платина, серебро или алюминий.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019133024U RU194493U1 (ru) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019133024U RU194493U1 (ru) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU194493U1 true RU194493U1 (ru) | 2019-12-12 |
Family
ID=69007369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019133024U RU194493U1 (ru) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU194493U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762993C1 (ru) * | 2020-12-12 | 2021-12-24 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") | Способ изготовления прозрачных с фронтальной стороны покрытий на основе массива несросшихся индивидуальных наностержней оксида цинка |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4394529A (en) * | 1981-08-05 | 1983-07-19 | Rca Corporation | Solar cell array with lightweight support structure |
| RU2243616C1 (ru) * | 2003-06-30 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Солнечная батарея |
| WO2010039631A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | The Regents Of The University Of California | Photonic crystal solar cell |
| US8227686B2 (en) * | 2009-02-04 | 2012-07-24 | Honeywell International Inc. | Quantum dot solar cell |
| US20120279553A1 (en) * | 2010-01-07 | 2012-11-08 | Kyoto University | Solar cell, solar cell panel, and device comprising solar cell |
| RU188920U1 (ru) * | 2018-11-01 | 2019-04-29 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Устройство для сбора солнечного излучения и генерации носителей заряда для прозрачных солнечных батарей |
-
2019
- 2019-10-18 RU RU2019133024U patent/RU194493U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4394529A (en) * | 1981-08-05 | 1983-07-19 | Rca Corporation | Solar cell array with lightweight support structure |
| RU2243616C1 (ru) * | 2003-06-30 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Солнечная батарея |
| WO2010039631A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | The Regents Of The University Of California | Photonic crystal solar cell |
| US8227686B2 (en) * | 2009-02-04 | 2012-07-24 | Honeywell International Inc. | Quantum dot solar cell |
| US20120279553A1 (en) * | 2010-01-07 | 2012-11-08 | Kyoto University | Solar cell, solar cell panel, and device comprising solar cell |
| RU188920U1 (ru) * | 2018-11-01 | 2019-04-29 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Устройство для сбора солнечного излучения и генерации носителей заряда для прозрачных солнечных батарей |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762993C1 (ru) * | 2020-12-12 | 2021-12-24 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") | Способ изготовления прозрачных с фронтальной стороны покрытий на основе массива несросшихся индивидуальных наностержней оксида цинка |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | PbS-quantum-dot-based heterojunction solar cells utilizing ZnO nanowires for high external quantum efficiency in the near-infrared region | |
| Mali et al. | Ultrathin atomic layer deposited TiO2 for surface passivation of hydrothermally grown 1D TiO2 nanorod arrays for efficient solid-state perovskite solar cells | |
| Nasiri et al. | Nanoarchitechtonics of Visible‐Blind Ultraviolet Photodetector Materials: Critical Features and Nano‐Microfabrication | |
| Liu et al. | Photoelectrochemical water splitting of CuInS2 photocathode collaborative modified with separated catalysts based on efficient photogenerated electron–hole separation | |
| Boix et al. | From flat to nanostructured photovoltaics: balance between thickness of the absorber and charge screening in sensitized solar cells | |
| Moon et al. | Sb2S3-based mesoscopic solar cell using an organic hole conductor | |
| Seol et al. | Highly efficient and durable quantum dot sensitized ZnO nanowire solar cell using noble-metal-free counter electrode | |
| Lee et al. | Efficient CdSe quantum dot-sensitized solar cells prepared by an improved successive ionic layer adsorption and reaction process | |
| JP4831649B2 (ja) | 電子機器に用いられる多孔質膜、その多孔質膜の使用方法、電子機器、及びその多孔質膜の製造方法 | |
| Charoensirithavorn et al. | Improvement of dye-sensitized solar cell through TiCl4-treated TiO2 nanotube arrays | |
| KR101575733B1 (ko) | 근적외선 파장변환 구조체 및 이를 이용한 태양전지 | |
| Liu et al. | Spectroscopy of photovoltaic and photoconductive nanocrystalline Co2+-doped ZnO electrodes | |
| US20100313953A1 (en) | Nano-structured solar cell | |
| US20230335344A1 (en) | Perovskite solar cell configurations | |
| JP2014042082A (ja) | 固体ヘテロ接合および固体増感（感光性）光起電力セル | |
| JP2001093591A (ja) | 光電変換素子 | |
| Lee et al. | Effect of single-walled carbon nanotube in PbS/TiO2 quantum dots-sensitized solar cells | |
| Desai et al. | Solid-state dye-sensitized solar cells based on ordered ZnO nanowire arrays | |
| JP2005235725A (ja) | 色素増感型太陽電池モジュール | |
| Briscoe et al. | Extremely thin absorber solar cells based on nanostructured semiconductors | |
| RU194493U1 (ru) | Устройство для сбора солнечного излучения в широком диапазоне длин волн для солнечных батарей | |
| Song et al. | Enhancing the conversion efficiency of semiconductor sensitized solar cells via the cosensitization of dual-sized quantum dots | |
| JP2000090990A (ja) | 光化学電池およびその製造方法 | |
| Ren et al. | Dual Heterojunctions and Nanobowl Morphology Engineered BiVO4 Photoanodes for Enhanced Solar Water Splitting | |
| AU2019219769B2 (en) | Photovoltaic element |