RU2668944C1 - Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов - Google Patents

Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов Download PDF

Info

Publication number
RU2668944C1
RU2668944C1 RU2017143071A RU2017143071A RU2668944C1 RU 2668944 C1 RU2668944 C1 RU 2668944C1 RU 2017143071 A RU2017143071 A RU 2017143071A RU 2017143071 A RU2017143071 A RU 2017143071A RU 2668944 C1 RU2668944 C1 RU 2668944C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
temperature
precursor
inorganic material
taken
Prior art date
Application number
RU2017143071A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Николаевич Козырев
Владимир Харитонович Сабанов
Валентина Ивановна Филоненко
Татьяна Николаевна Беляева
Роман Олегович Аскеров
Георгий Олегович Гордеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)
Priority to RU2017143071A priority Critical patent/RU2668944C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2668944C1 publication Critical patent/RU2668944C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области технологий получения преобразователей солнечной энергии в электрическую. Способ включает формирование слоя прозрачного проводящего электрода, слоя перовскита и слоя неорганического материала. В качестве слоя неорганического материала используют проводящий наноструктурированный пористый оксид алюминия, поры которого заполняют прекурсором полупроводника р-типа центрифугированием при скорости вращения 3000-3500 об/мин до полного заполнения. В качестве прекурсора используют нагретый до температуры 40-50°С 30%-ный толуольный раствор стеарата никеля, взятый в количестве 0,05-0,1 мл или 10%-ный раствор ацетата никеля в моноэтаноламине, взятый в том же количестве, который сушат в течение 15-20 минут при температуре 100-110°С и в течение такого же времени отжигают при температуре 450±10°С. Изобретение обеспечивает упрощение технологического процесса и снижение энергетических затрат. 1 ил., 2 пр.

Description

Изобретение относится к области технологий получения преобразователей солнечной энергии в электрическую.
Известны способы преобразования солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов, которые наносят на гибкие тонкие структуры типа пластиков и тканей, при этом в качестве слоя для переноса дырок используют материал spiro - OMeTAD, а также органические полимеры РЗНТ и ДЕН (см. В.А. Миличко, А.С. Шалин др. Солнечная фотовольтанка: современное состояние и тенденции развития. М., УФН, т. 186, №8, 2016 г., с. 801-852.)
Недостатком данного способа очень высокая стоимость изготовления подобных HTM (hole transport material - слой для переноса дырок).
Известен способ получения преобразования солнечной энергии на перовскитах, где органические НТМ заменяют на неорганические. В качестве последних можно использовать полупроводники р-типа (иодид меди, оксид никеля и др.) (см. Zonglong Zhu, Yang Bai, Teng Zhang. High - performance hole - extraction of sol - gel processed NiO nanocrystals for inverted planar perovskite solar cells, - Angewandte Chemie, 2014 г).
Недостатком данного способа является высокий уровень отжига (300°С) на конечном этапе процесса изготовления, т.к. перовскит не выдерживает температуры выше 150°С.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления перовскитного солнечного элемента, включающий формирование слоя прозрачного проводящего электрода, слоя перовскита и слоя неорганического материала (см. W0 №2017073472 МПК H01L 51/44, опубл. 04.05.2017 г.).
Недостатком прототипа является сложность технологического процесса и большие материальные и энергетические затраты.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в упрощении технологического процесса, снижении энергетических затрат, т.к. не требует специального оборудования, позволяет вводить в поры наноструктурированного пористого анодного оксида алюминия различные полупроводники р-типа, изменяя функциональные свойства преобразователей солнечной энергии в электрическую.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов, включающем формирование слоя прозрачного проводящего электрода, слоя перовскита и слоя неорганического материала, согласно изобретению, в качестве слоя неорганического материала используют проводящий наноструктурированный пористый оксид алюминия, поры которого заполняют прекурсором полупроводника р-типа центрифугированием при скорости вращения 3000-3500 об/мин до полного заполнения, причем в качестве прекурсора используют нагретый до температуры 40-50°С 30%-ный толуольный раствор стеарата никеля, взятый в количестве 0,05-0,1 мл или 10%-ный раствор ацетата никеля в моноэтаноламине, взятый в том же количестве, который сушат в течение 15-20 минут при температуре 100-110°С и отжигают в течение такого же времени при температуре 450±10°С.
Данный способ позволяет упростить технологию изготовления преобразователей солнечной энергии в электрическую и сократить энергетические затраты.
Использование проводящего пористого оксида алюминия позволяет решить двойную задачу: исключить необходимость в дополнительном формировании электрода и обеспечить простую технологию введения в поры полупроводника р-типа, используя растворы прекурсоров.
Растворы прекурсоров полупроводника р-типа на основе солей никеля, хорошо смачиваются и равномерно внедряются в поры наноструктурированного оксида алюминия.
Доза растворов прекурсоров 0,05-0,1 мл обеспечивает полное смачивание поверхности пор образца пористого оксида алюминия диаметром 25 мм, а скорость вращения центрифуги 3000-3500 об/мин - равномерное заполнение пор без большого разбрызгивания раствора. Выбранная концентрация растворов позволяет достичь оптимальной регулировки вязкости раствора прекурсора полупроводникового материала. Повышение концентрации приводит к получению пересыщенных растворов, выкристаллизации солей на поверхности, быстрой агрегации их в порах, получению неравномерного заполнения пор. Снижение концентрации требует более многослойного нанесения для полного заполнения пор. Выбранные интервалы являются оптимальными и обеспечивают полное заполнение пор полупроводником р-типа без применения дополнительных химических реагентов, высоких температур, инертных газов и давления.
Практическая значимость предложенного способа изготовления преобразователей солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов заключается в стабильности получаемых структур, уменьшении их толщины, улучшении параметров, снижении стоимости изготавливаемых изделий.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема солнечного преобразователя.
Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Образец наноструктурированного пористого оксида алюминия с высокой проводимостью диаметром 25 мм, полученный двухступенчатым анодированием алюминиевой фольги толщиной 100 мкм в 5%-ном растворе ортофосфорной кислоты при плотности тока 5 мА/см2, температуре 5-6°С, в течение 5 минут, помещают в центрифугу и наносят на его поверхность 0,05 мл нагретого до 40-50°С 30% толуольного раствора стеарата никеля при скорости вращения центрифуги 3000 об/мин в течение 15 сек. Образец сушат в термостате при 100°С 20 минут и затем отжигают в муфельной печи при температуре 450±10°С в течение 20 минут. Процесс повторяют до полного заполнения пор оксидом никеля. Далее на его поверхности формируют слой металлорганического перовскита, на который наносят прозрачный проводящий электрод из оксида индия олова (ITO) (см. фиг.).
Пример 2.
Образец наноструктурированного пористого оксида алюминия, изготовленный, как описано в примере 1, помещают в центрифугу и наносят на его поверхность 0,1 мл 10% раствора ацетата никеля в моноэтаноламине при скорости вращения центрифуги 3500 об/мин в течение 15 с. Образец сушат в термостате при температуре 110°С 15 минут, далее отжигают в муфельной печи при 450±10°С в течение 15 мин. Процесс повторяют до полного заполнения пор оксидом никеля. Далее на его поверхности формируют слой металлорганического перовскита, на который наносят прозрачный проводящий электрод из оксида индия олова (ITO) (см. фиг.).
Использование предлагаемого способа изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов позволит, по сравнению с прототипом, упростить технологию изготовления преобразователя, исключить необходимость формирования второго электрода за счет использования анодированного пористого оксида алюминия в качестве электрода и в качестве пористого слоя с введенным в поры оксидом никеля, увеличить прочность сцепления оксида никеля с алюминием.

Claims (1)

  1. Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов, включающий формирование слоя прозрачного проводящего электрода, слоя перовскита и слоя неорганического материала, отличающийся тем, что в качестве слоя неорганического материала используют проводящий наноструктурированный пористый оксид алюминия, поры которого заполняют прекурсором полупроводника р-типа центрифугированием при скорости вращения 3000-3500 об/мин до полного заполнения, причем в качестве прекурсора используют нагретый до температуры 40-50°С 30%-ный толуольный раствор стеарата никеля, взятый в количестве 0,05-0,1 мл или 10%-ный раствор ацетата никеля в моноэтаноламине, взятый в том же количестве, который сушат в течение 15-20 минут при температуре 100-110°С и отжигают в течение такого же времени при температуре 450±10°С.
RU2017143071A 2017-12-08 2017-12-08 Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов RU2668944C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143071A RU2668944C1 (ru) 2017-12-08 2017-12-08 Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143071A RU2668944C1 (ru) 2017-12-08 2017-12-08 Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2668944C1 true RU2668944C1 (ru) 2018-10-05

Family

ID=63798460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143071A RU2668944C1 (ru) 2017-12-08 2017-12-08 Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2668944C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU188622U1 (ru) * 2018-12-20 2019-04-18 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Светоизлучающий солнечный элемент
RU2694118C1 (ru) * 2018-12-21 2019-07-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ изготовления фотовольтаических элементов с использованием прекурсора для жидкофазного нанесения полупроводниковых слоев р-типа
RU195827U1 (ru) * 2019-11-01 2020-02-06 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования"Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Перестраиваемый светодиод на основе перовскита с модификацией интерфейса
CN113571651A (zh) * 2021-07-21 2021-10-29 北京大学 用于钙钛矿薄膜光电器件制备的溶液介质退火方法
RU2788942C2 (ru) * 2021-02-26 2023-01-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) Фотовольтаическое устройство с перовскитным фотоактивным слоем и неорганическим пассивирующим покрытием на основе галогенидов металлов и способ изготовления этого устройства

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013171518A1 (en) * 2012-05-18 2013-11-21 Isis Innovation Limited Optoelectronic device comprising porous scaffold material and perovskites
US20160133392A1 (en) * 2013-07-31 2016-05-12 Fujifilm Corporation Photoelectric conversion element and solar cell
US20160141112A1 (en) * 2013-07-01 2016-05-19 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Solar cell and process for producing the same
WO2017073472A1 (ja) * 2015-10-29 2017-05-04 国立研究開発法人物質・材料研究機構 高信頼性ペロブスカイト太陽電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013171518A1 (en) * 2012-05-18 2013-11-21 Isis Innovation Limited Optoelectronic device comprising porous scaffold material and perovskites
US20160141112A1 (en) * 2013-07-01 2016-05-19 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Solar cell and process for producing the same
US20160133392A1 (en) * 2013-07-31 2016-05-12 Fujifilm Corporation Photoelectric conversion element and solar cell
WO2017073472A1 (ja) * 2015-10-29 2017-05-04 国立研究開発法人物質・材料研究機構 高信頼性ペロブスカイト太陽電池

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU188622U1 (ru) * 2018-12-20 2019-04-18 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Светоизлучающий солнечный элемент
RU2694118C1 (ru) * 2018-12-21 2019-07-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ изготовления фотовольтаических элементов с использованием прекурсора для жидкофазного нанесения полупроводниковых слоев р-типа
RU195827U1 (ru) * 2019-11-01 2020-02-06 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования"Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Перестраиваемый светодиод на основе перовскита с модификацией интерфейса
RU2788942C2 (ru) * 2021-02-26 2023-01-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) Фотовольтаическое устройство с перовскитным фотоактивным слоем и неорганическим пассивирующим покрытием на основе галогенидов металлов и способ изготовления этого устройства
CN113571651A (zh) * 2021-07-21 2021-10-29 北京大学 用于钙钛矿薄膜光电器件制备的溶液介质退火方法
CN113571651B (zh) * 2021-07-21 2023-10-20 北京大学 用于钙钛矿薄膜光电器件制备的溶液介质退火方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2668944C1 (ru) Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов
Allam et al. Photoelectrochemical water oxidation characteristics of anodically fabricated TiO2 nanotube arrays: Structural and optical properties
KR101060463B1 (ko) 그래핀을 전기영동법으로 증착시켜 제조하는 상대전극의 제조방법, 그 방법에 의하여 제조된 상대전극 및 이를 포함하는 염료감응형 태양전지
JP7177822B2 (ja) 所定間隔を有する複数の(ナノ)チャネルを備えるテンプレートへのバルブ金属層の変換、及びそこにおける所定間隔を有する構造物の形成
Zhang et al. Toward highly efficient CdS/CdSe quantum dots-sensitized solar cells incorporating ordered photoanodes on transparent conductive substrates
Luan et al. Facile synthesis and morphology control of bamboo-type TiO2 nanotube arrays for high-efficiency dye-sensitized solar cells
Luan et al. Electrophoretic deposition of reduced graphene oxide nanosheets on TiO2 nanotube arrays for dye-sensitized solar cells
KR20070015546A (ko) 기판상에 다공성 반도체막을 제조하는 방법
Li et al. Preparation of TiO2 nanotube arrays with efficient photocatalytic performance and super-hydrophilic properties utilizing anodized voltage method
Que et al. High-efficiency dye-sensitized solar cells based on ultra-long single crystalline titanium dioxide nanowires
CN107641817B (zh) 一种提高光解水性能的光阳极制备方法及所得光阳极结构
CN106367794B (zh) 一种快速制备有序阳极氧化钛纳米管阵列膜的方法
CN104979494A (zh) 一种钙钛矿薄膜及其制备方法和应用
Li et al. Synthesis of TiO2 submicro-rings and their application in dye-sensitized solar cell
CN110098337A (zh) 一种二氧化锡/氧化锌复合纳米线材料及其制备方法
Li et al. Growth model of the tin anodizing process and the capacitive performance of porous tin oxides
Passalacqua et al. Use of modified anodization procedures to prepare advanced TiO2 nanostructured catalytic electrodes and thin film materials
CN105244168A (zh) 一种具有多级结构的ZnO纳米片薄膜的制备方法及其制得的薄膜
KR101710421B1 (ko) 산화구리 나노막대/산화아연 나노가지로 구성된 광전극과 그 형성방법
Guli et al. Preparation and characterisation of TiO2 nanorod and nanotube films as photoanodes for dye-sensitised solar cells
CN102280258B (zh) 二氧化钛纳米管薄膜的剥离方法及染料敏化太阳能电池的制备方法
Nishimura et al. A pressure-assisted low temperature sintering of particulate bismuth chalcohalides BiSX (X= Br, I) for fabricating efficient photoelectrodes with porous structures
CN112875836B (zh) 一种具有可控氧空位分布的三氧化钨电极及制备和应用
Kim et al. Co-sedimentation of TiO2 nanoparticles and polymer beads to fabricate macroporous TiO2 photoelectrodes
Park et al. Synthesis and characterization of dye-sensitized solar cell using photoanode of TiO 2 nanoparticles/Ti-mesh electrode

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181221

Effective date: 20181221

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201209