RU2668944C1 - Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов - Google Patents
Способ изготовления преобразователя солнечной энергии в электрическую на основе перовскитов Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 16
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims abstract description 6
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 claims abstract description 4
- JMWUYEFBFUCSAK-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);octadecanoate Chemical compound [Ni+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O JMWUYEFBFUCSAK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- GBRBMTNGQBKBQE-UHFFFAOYSA-L copper;diiodide Chemical compound I[Cu]I GBRBMTNGQBKBQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- -1 high temperatures Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 125000003003 spiro group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- 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)
- 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.
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)
| 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)
| 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 |
-
2017
- 2017-12-08 RU RU2017143071A patent/RU2668944C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| 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)
| 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 | |
| KR101060463B1 (ko) | 그래핀을 전기영동법으로 증착시켜 제조하는 상대전극의 제조방법, 그 방법에 의하여 제조된 상대전극 및 이를 포함하는 염료감응형 태양전지 | |
| Allam et al. | Photoelectrochemical water oxidation characteristics of anodically fabricated TiO2 nanotube arrays: Structural and optical properties | |
| Luan et al. | Facile synthesis and morphology control of bamboo-type TiO2 nanotube arrays for high-efficiency dye-sensitized solar cells | |
| Xu et al. | Graphene scaffolds enhanced photogenerated electron transport in ZnO photoanodes for high-efficiency dye-sensitized solar cells | |
| CN103928570B (zh) | 一种柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| Chen et al. | Fabrication of ordered porous anodic alumina with ultra-large interpore distances using ultrahigh voltages | |
| 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 | |
| Li et al. | A reliable TiO2 nanotube membrane transfer method and its application in photovoltaic devices | |
| Lamberti et al. | TiO2 nanotube array as biocompatible electrode in view of implantable supercapacitors | |
| Kathirvel et al. | The growth of TiO2 nanotubes from sputter-deposited Ti film on transparent conducting glass for photovoltaic applications | |
| Bandy et al. | Electrophoretic deposition of titanium oxide nanoparticle films for dye-sensitized solar cell applications | |
| Li et al. | Growth model of the tin anodizing process and the capacitive performance of porous tin oxides | |
| Chen et al. | Rounded Cu 2 ZnSnS 4 nanosheet networks as a cost-effective counter electrode for high-efficiency dye-sensitized solar cells | |
| CN105244168B (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 | |
| KR102366774B1 (ko) | 광전기화학적 수처리용 광전극, 이의 제조방법 및 이의 용도 | |
| CN103966583B (zh) | 一种柔性金薄膜表面电致变色聚苯胺薄膜的制备方法 | |
| Li et al. | Synthesis of TiO2 submicro-rings and their application in dye-sensitized solar cell | |
| 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 | |
| KR101710421B1 (ko) | 산화구리 나노막대/산화아연 나노가지로 구성된 광전극과 그 형성방법 | |
| CN102544375A (zh) | 一种宽光谱响应的太阳能电池柔性光阳极及其制备方法 | |
| CN102795665B (zh) | 二氧化钛纳米管（杆）阵列的制备方法 | |
| CN107946079B (zh) | 一种柔性全印刷量子点敏化太阳电池的制备 | |
| CN104465111B (zh) | 一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法 |
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 |