RU2764711C1 - Электрон-селективный слой на основе оксида индия, легированного алюминием, способ его изготовления и фотовольтаическое устройство на его основе - Google Patents
Электрон-селективный слой на основе оксида индия, легированного алюминием, способ его изготовления и фотовольтаическое устройство на его основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764711C1 RU2764711C1 RU2021117602A RU2021117602A RU2764711C1 RU 2764711 C1 RU2764711 C1 RU 2764711C1 RU 2021117602 A RU2021117602 A RU 2021117602A RU 2021117602 A RU2021117602 A RU 2021117602A RU 2764711 C1 RU2764711 C1 RU 2764711C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron
- selective layer
- layer
- photovoltaic cell
- group
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 19
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims abstract description 22
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O Methylammonium ion Chemical compound [NH3+]C BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 17
- PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N Formamidine Chemical compound NC=N PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 8
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 5
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 4
- ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-O guanidinium Chemical compound NC(N)=[NH2+] ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 125000002577 pseudohalo group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 49
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 49
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 11
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 7
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 7
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 6
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical group OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-O ethylaminium Chemical compound CC[NH3+] QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 abstract 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 abstract 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 121
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Inorganic materials [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 14
- AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M caesium chloride Inorganic materials [Cl-].[Cs+] AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 12
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Inorganic materials O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 7
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 6
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N methylazanium;iodide Chemical compound [I-].[NH3+]C LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000000590 4-methylphenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C(=C([H])C([H])=C1*)C([H])([H])[H] 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 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 description 2
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AUCDRFABNLOFRE-UHFFFAOYSA-N alumane;indium Chemical compound [AlH3].[In] AUCDRFABNLOFRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M caesium bromide Chemical compound [Br-].[Cs+] LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M caesium iodide Inorganic materials [I-].[Cs+] XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 239000010415 colloidal nanoparticle Substances 0.000 description 2
- PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M copper(1+);thiocyanate Chemical compound [Cu+].[S-]C#N PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- KJOLVZJFMDVPGB-UHFFFAOYSA-N perylenediimide Chemical compound C=12C3=CC=C(C(NC4=O)=O)C2=C4C=CC=1C1=CC=C2C(=O)NC(=O)C4=CC=C3C1=C42 KJOLVZJFMDVPGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 2
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 description 2
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- JAAGVIUFBAHDMA-UHFFFAOYSA-M rubidium bromide Chemical compound [Br-].[Rb+] JAAGVIUFBAHDMA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FGDZQCVHDSGLHJ-UHFFFAOYSA-M rubidium chloride Chemical compound [Cl-].[Rb+] FGDZQCVHDSGLHJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 description 2
- 229960000314 zinc acetate Drugs 0.000 description 2
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HPJFXFRNEJHDFR-UHFFFAOYSA-N 22291-04-9 Chemical compound C1=CC(C(N(CCN(C)C)C2=O)=O)=C3C2=CC=C2C(=O)N(CCN(C)C)C(=O)C1=C32 HPJFXFRNEJHDFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical group [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N aminomethylideneazanium;iodide Chemical compound I.NC=N QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940057499 anhydrous zinc acetate Drugs 0.000 description 1
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical class C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910001179 chromel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002390 heteroarenes Chemical class 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000004694 iodide salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006101 laboratory sample Substances 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 150000003009 phosphonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 229920003227 poly(N-vinyl carbazole) Polymers 0.000 description 1
- 229920001088 polycarbazole Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- WFUBYPSJBBQSOU-UHFFFAOYSA-M rubidium iodide Inorganic materials [Rb+].[I-] WFUBYPSJBBQSOU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000004402 ultra-violet photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- DJWUNCQRNNEAKC-UHFFFAOYSA-L zinc acetate Chemical compound [Zn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O DJWUNCQRNNEAKC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к фотоэлектрическим преобразователям на основе полупроводниковых материалов перовскитного типа. В общем случае, изобретение относится к фотовольтаическим устройствам - солнечным батареям и фотодетекторам. Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной стабильности, КПД фотовольтаических устройств и снижение процента короткозамкнутых дефектных фотовольтаических устройств. Фотовольтаический элемент содержит подложку, на которую последовательно нанесены электрон-собирающий электрод, электрон-селективный слой, фотоактивный перовскитный слой, дырочно-селективный слой и дырочно-собирающий электрод. При этом подложка выполнена прозрачной и изготовлена из материала, выбранного из группы: стекло, кварц, оргстекло, политерефталат, полиэтилен, полиимид, тонкое стекло, или непрозрачной и изготовлена из материала, выбранного из группы: p-, d-элементы, сталь, пластик, керамика. Электрон-собирающий и дырочно-собирающий электроды выполнены полупрозрачными и изготовлены по крайней мере из одного материала, выбранного из группы: прозрачные проводящие оксиды, электропроводящие полимеры, d- и p-элементы, углеродные материалы, или непрозрачными и изготовлены из материала, выбранного из группы: s-, p-, d-элементы или их сплавы, нитрид титана, графит, сажа. В качестве электрон-селективного слоя используют оксид индия, легированный алюминием - (In:Al)2O3. В качестве фотоактивного перовскитного слоя используют активный материал общей формулы ABX3, где А - катион метиламмония, формамидиния, цезия, рубидия, гуанидиния, этиламмония или их смеси; B - двухвалентный катион Pb2+, Sn2+, Ge2+ или их смеси; X - анион Cl-, Br-, I- или их смеси. В качестве дырочно-селективного слоя используют по крайней мере один компонент, выбранный из группы: органические полупроводниковые полимерные материалы p-типа, оксиды, галогениды, халькогениды и псевдогалогениды d-элементов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 табл., 10 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к фотоэлектрическим преобразователям на основе полупроводниковых материалов перовскитного типа. В общем случае, изобретение относится к фотовольтаическим устройствам - солнечным батареям и фотодетекторам.
Уровень техники
Солнечная энергетика приобретает все большее значение в связи с необходимостью перехода к экологичным и возобновляемым источникам энергии. Широкое распространение получило первое поколение солнечных батарей, использующих кристаллический кремний в качестве активного материала. Кремниевые солнечные батареи обладают рядом преимуществ - в частности, сроком службы от 25 лет и более, высоким КПД, однако их производство чрезвычайно энергозатратно, и, следовательно, стоимость каждого киловатт-часа генерируемой энергии все еще выше или сравнима со стоимостью электроэнергии, полученной из традиционных источников, например, путем сжигания угля или газа.
В этой связи, в мире ведется интенсивный поиск новых технологий, способных значительно снизить стоимость получаемой за счет преобразования солнечного света электроэнергии. Альтернативой кремниевым солнечных батареям являются фотоэлектрические преобразователи третьего поколения на основе комплексных галогенидов металлов с перовскитной или перовскитоподобной структурой, известные в литературе как перовскитные солнечные батареи (ПСБ). Лабораторные образцы ПСБ показали достаточно высокий коэффициент преобразования энергии солнечного света (КПД) >25%, сравнимый с КПД лучших солнечных элементов на основе кристаллического кремния (26.7%) (https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html).
Перовскитные солнечные батареи отличаются простотой изготовления и низкой стоимостью используемых материалов. Наиболее часто, в качестве материала фотоактивного слоя перовскитных солнечных батарей используются комплексные галогениды свинца с перовскитной структурой. Исследователи называют галогениды свинца с перовскитной структурой "идеальными полупроводниками" ввиду их чрезвычайно низкой чувствительности к дефектам и примесям, высокой подвижности носителей зарядов, хорошим оптическим свойствам и легкости получения.
Преимуществами перовскитных солнечных батарей также являются:
- механическая гибкость, позволяющая изготавливать их на пластиковых подложках, что может найти широкое применение, например, для их интеграции в текстиль и конструкционные элементы различных форм;
- благодаря высокому коэффициенту поглощения света при малой толщине пленок, перовскитные солнечные батареи позволяют добиваться рекордной удельной энергопроизводительности ( >20 Вт г-1);
- КПД перовскитных солнечных батарей не падает даже при низких мощностях падающего света, что делает их идеальными для использования в условиях затенения или искусственного освещения, например в сфере Интернета вещей (Internet of Things, IoT).
Основным недостатком перовскитных солнечных батарей является их низкий срок службы. Комплексные галогениды металлов (свинца, олова) с органическими катионами претерпевают разложение при длительном воздействии солнечного света, повышенных температур, электрического поля, кислорода и влаги, присутствующих в окружающей среде (J. Mater. Chem. А 2017, 5, 11483.). Недавние исследования показывают, что эти проблемы отчасти можно решить за счет стабилизации материала активного слоя путем его изоляции от других компонентов устройства и внешней среды компактными и химически инертными буферными зарядово-селективными слоями (ACS Energy Lett. 2018, 3, 1772). Электрон-селективный и дырочно-селективный буферные слои обеспечивают эффективную экстракцию и транспорт носителей зарядов к разным электродам устройства, снижая рекомбинационные потери.
В качестве электрон-селективных слоев для перовскитных солнечных батарей используются оксидные материалы TiO2, ZnO, SnO2, WO3, InO3; сульфидные материалы ZnS, In2S3, SnS2, CdS; органические материалы - различные производные фуллеренов, перилендиимида и другие. Использование оксидных материалов TiO2, ZnO, SnO2 привело к созданию перовскитных солнечных батарей n-i-p конфигурации с КПД более чем 25%. К сожалению, эти материалы являются агрессивными по отношению к перовскитному фотоактивному слою, т.е. вступают с ним в химические реакции под действием тепла или света. Альтернативным электрон-селективным слоем может быть оксид индия, который относительно устойчив по отношению к кислотам и восстановителям, не является фотокатализатором и, таким образом, может быть химически инертным по отношению к комплексным галогенидам металлов с перовскитной структурой. Использование оксида индия в качестве электрон-селективного слоя было продемонстрировано в 2016 году (ACS Applied Materials & Interfaces, 8(13), 8460-8466.), и защищено патентом CN 105489770 A (Indium oxide electronic transmission layer planar perovskite photovoltaic battery and preparation method therefor). Несмотря на перспективы повышения эксплуатационной стабильности перовскитных солнечных батарей за счет использования оксида индия, этот подход на практике используется крайне редко, что связано с низкими КПД устройств, в основном из-за несоответствия уровней зон проводимости оксида индия и полупроводниковых материалов с перовскитной структурой.
Из уровня техники известен фотоэлектрический элемент, раскрытый в CN 105489770 А, опубл. 13.06.2016, прототип. Фотоэлектрический элемент содержит последовательно нанесенные слои: подложка, электрон-селективный слой на основе оксида индия, фотоактивный первоскитный слой, дырочно-селективный слой, металлический электрод.
Недостатком указанного фотоэлектрического элемента является использование нелегированного оксида индия, приводящее к низкому КПД фотовольтаических устройства
Раскрытие изобретения
Задачей заявленного изобретения является разработка фотовольтаических устройств с высокими вольтамперными характеристиками.
Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной стабильности, КПД фотовольтаических устройств и снижение процента короткозамкнутых дефектных фотовольтаических устройств.
Указанный технический результат достигается за счет того, что фотовольтаический элемент содержит подложку, на которую последовательно нанесены электрон-собирающий электрод, электрон-селективный слой, фотоактивный перовскитный слой, дырочно-селективный слой и дырочно-собирающий электрод.
При этом подложка выполнена прозрачной и изготовлена из материала, выбранного из группы: стекло, кварц, оргстекло, политерефталат, полиэтилен, полиимид, тонкое стекло, или непрозрачной и изготовлена из материала, выбранного из группы: р-, d-элементы, сталь, пластик, керамика.
Электрон-собирающий и дырочно-собирающий электроды выполнены полупрозрачными и изготовлены по крайней мере из одного материала, выбранного из группы: прозрачные проводящие оксиды, электропроводящие полимеры, d- и р-элементы, углеродные материалы или непрозрачными и изготовлены из материала, выбранного из группы: s-, р-, d-элементы или их сплавы, нитрид титана, графит, сажа.
В качестве электрон-селективного слоя используют оксид индия, легированный алюминием - (In:Al)2O3.
В качестве фотоактивного перовскитного слоя используют активный материал общей формулы АВХ3, где А - катион метиламмония, формамидиния, цезия, рубидия, гуанидиния, этиламмония или их смеси; В - двухвалентный катион Pb2+, Sn2+, Ge2+ или их смеси; X - анион Cl-, Br-, I- или их смеси.
В качестве дырочно-селективного слоя используют по крайней мере один компонент, выбранный из группы: органические полупроводниковые полимерные материалы р-типа, оксиды, галогениды, халькогениды и псевдогалогениды d-элементов.
Атомное соотношение алюминия и индия (Al:In) в электрон-селективном слое (In:Al)2О3 находится в пределах от 0.01:99.99 до 15:85.
Толщина электрон-селективного слоя находится в пределах от 5 до 200 нм;
Электрон-селективный слой выполнен из оксида индия, легированного алюминием, и по крайней мере одного дополнительного компонента, выбранного из группы: органические полупроводники n-типа, оксиды и соли d-элементов, соли щелочно-земельных металлов предпочтительно, электрон-селективный слой является двухкомпонентным: первый компонент - (In:Al)2O3, второй - органическое соединение с карбоксильными или фосфонатными группами, предпочтительно, производное фуллерена.
Электрон-селективный слой является двухкомпонентным: один из компонентов - (In:Al)2O3, второй - другой оксид металла, предпочтительно оксид цинка.
Электрон-селективный слой является трехкомпонентным и содержит (In:Al)2O3, оксид другого металла, предпочтительно цинка или титана, а также органическое соединение с карбоксильными или фосфонатными группами, предпочтительно производное фуллерена.
Фотоактивный перовскитный слой представлен йодоплюмбатом метиламмония MA1Pbl3, где МА - катион метиламмония.
Фотоактивный перовскитный слой представлен йодоплюмбатом формамидиния FAPbl3, где FA - катион формамидиния.
Фотоактивный перовскитный слой представлен смешанным йодоплюмбатом цезия и формамидиния CsxFA1-xPbl3, где FA - катион формамидиния, х находится в пределах от 0.01 до 0.99, или смешанным йодоплюмбатом цезия, метиламмония и формамидиния CsxMAyFA1-x-yPbl3, где МА - катион метиламмония, FA - катион формамидиния, х находится в пределах от 0.01 до 0.99, у находится в пределах 0.01 до 0.15, а сумма (х+у)<1.
На дырочно-собирающий электрод нанесена подложка.
Дырочно-селективный слой дополнительно содержит компонент выбранный из группы: полистирол, полиметилметакрилат, поливинилидендифторид.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что способ формирования электрон-селективного слоя (In:Al)2O3 в фотовольтаическом элементе заключается в термическом напылении в вакууме при давлении от 10-11 до 10-2 бар металлической пленки сплава In:Al при соотношении Al и In в сплаве от 0.01:99.99 до 15:85 на подложке и последующее термическое окисление подложки путем отжига в кислородсодержащей атмосфере при температуре 200-600°С в течение 0.1-60 минут.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - схема последовательно нанесенных слоев фотовольтаического элемента.
1 - подложка; 2 - электрон-собирающий электрод; 3 - электрон-селективный слой; 4 - фотоактивный перовскитный слой; 5 - дырочно-селективный слой; 6 - дырочно-собирающий электрод; 7 - подложка.
Фиг. 2 - изменение КПД фотовольтаических элементов имеющих структуру стекло/1ТО/ЕТL/МАPbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg где ETL является слоем In2О3, (In:Al)2O3, или SnO2 при единовременном облучении светом мощностью 60 мВт см-1 и нагревании 60°С.
Фиг. 3 - КПД фотовольтаических элементов структуры стекло/IТО/(In:Al)2O3 /МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Ag в зависимости от молярного соотношения алюминий/индий.
Фиг. 4 - вольтамперные кривые фотовольтаического элемента, имеющую структуру стекло/ITО/In2О3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg и фотовольтаического элемента, имеющую структуру стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg.
Фиг. 5 - вольтамперные кривые фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВА/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg и фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg.
Фиг. 6 - вольтамперные кривые фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2О3-СsСl/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg и фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg.
Фиг. 7 - вольтамперные кривые фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2О3-КСl/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg и фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2О3/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg.
Фиг. 8 - вольтамперные кривые фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2О3-РСВМ/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg. и фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2О3/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg.
Фиг. 9 - вольтамперные кривые фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2О3-РСВА/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg. и фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/ITO/SnО2-РСВА/МАРb3/РТА-полистирол-МоО3/Аg.
Фиг. 10 - вольтамперные кривые фотовольтаического элемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВА/Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аl был Аg и фотовольтаическогоэлемента, имеющего структуру стекло/IТО/(In:Al)2O3-ZnО-PCBA/Cs0.12FA0.88Pbl3/PTA-полистирол-MoO3/Al.
Осуществление изобретения
Фотовольтаический элемент содержит подложку (1), на которую последовательно нанесены электрон-собирающий электрод (2), электрон-селективный слой (3), фотоактивный перовскитный слой (4), дырочно-селективный слой (5) и дырочно-собирающий электрод (6).
Подложка (1, 7) является техническим слоем, на которой формируются функциональные слои фотовольтаического элемента, или барьерный слой, защищающий устройство от механических воздействий, а также от влияния кислорода и влаги воздуха. По крайней мере одна подложка (1, 7) должен быть прозрачен по отношению к излучению видимого (300-800 нм) спектрального диапазона (пропускание не хуже 80%). При этом подложка (1, 7) выполнена прозрачной или непрозрачной. Прозрачная подложка (1, 7) изготовлена из жесткого материала, выбранного из группы: стекло, кварц, оргстекло и др. или из гибкого материала, выбранного из группы: политерефталат, полиэтилен, полиимид, тонкое стекло и др.
Непрозрачная подложка (1, 7) изготовлена из материала, выбранного из группы: р-элементы (Al, Sn, Pb, Bi), d-элементы (Zn, Ti, Сu и др.), сталь, пластик, керамика и предназначена, в частности, для усиления механической прочности готового устройства и его защиты от агрессивных компонентов внешней окружающей среды. В конструкциях фотовольтаического элемента присутствует лишь одна из подложек (1, 7), либо обе подложки (1, 7).
Электрон-собирающий (2) и дырочно-собирающий (6) электроды выполнены полупрозрачным или непрозрачным для излучения видимого спектрального диапазона. Полупрозрачные электрон-собирающий (2) и дырочно-собирающий (6) электроды изготовлены по крайней мере из одного материала, выбранного из группы: прозрачные проводящие оксиды (оксид индия, легированный оловом, оксид олова, легированный фтором, оксид цинка, легированный алюминием и другие проводящие оксиды), электропроводящие полимеры (полиэтилендиокситиофен (PEDOT) полистиролсульфонат (PSS), полианилины и полипирролы), d-элементы (Аu, Аg, Сu, Ni и др) и р-элементы (Al, Sn, Pb, Bi) в виде микросетки, нанопроволоки или ультратонкой пленки, углеродные материалы (графен, углеродные нанотрубки, нановолокна и др.). Непрозрачные электрон-собирающий (2) и дырочно-собирающий (6) электроды изготовлены из материала, выбранного из группы: s-элементы (Mg, Са, Ва, Sr), р-элементы (Al, Sn, Pb, Bi), d-элементы (Аg, Сu, Ni, Zn, Cr, Sn) или их сплавы (нихром, хромель и др.), нитрид титана, графит, сажа. В случае, если слой 2 является непрозрачным, то слой 6 должен быть прозрачным для света видимого и ближнего ИК диапазона. Как минимум один из электродных слоев 2 или 6 должен быть полупрозрачным для излучения видимого спектрального диапазона (пропускание не менее 80%).
В качестве электрон-селективного слоя (3) используют оксид индия, легированный алюминием - (In:Al)2O3. Толщина электрон-селективного слоя составляет от 5 до 200 нм в зависимости от степени легирования и способа формирования пленок. Атомное соотношение алюминия и индия (Al:In) в электрон-селективном слое (3) находится в пределах от 0.01:99.99 до 15:85. Дополнительно к (In:Al)2O3 в состав электрон-селективного слоя могут входить оксиды металлов (TiO2, SnO2, ZnO, In2O3, WO3, СеO2, Zn2SnO4, Nb2O5, Zn2Ti3O8, BaSnO3, ВаТiO3, SrSnO3 и др.), халькогениды металлов (CdS, CdSe, PbS, PbSe, PbTe, ZnS, ZnSe, Sb2S3, Bi2S3, In2S3, MnS, SnS, SnS2), соли щелочно-земельныхметалов (KCl, KBr, KCl, NaCl, NaBr, NaI, RbCl, RbBr, RbI, CsCl, CsBr, CsI) органические соединения из ряда карбоных и фосфоновых кислот, производных фуллеренов, производных перилендиимида, нафталиндиимида, аценов, оксидиазолов, и любых органических полупроводников п-типа. Предпочтительным является использование двухкомпонентных электрон-селективных слоев на основе (In:Al)2O3 и какого-либо второго компонента, нанесенного на границе со слоем 4. В качестве предпочтительного варианта второго компонента выступают органические соединения, а наиболее предпочтительны те из них, которые имеют карбоксильные или сульфонатные группы, обеспечивающие прочное связывание с поверхностью (In:Al)2O3, предпочтительно, производное фуллерена. Электрон-селективный слой является двухкомпонентным: один из компонентов - (In:Al)2O3, второй - другой оксид металла, предпочтительно оксид цинка. Электрон-селективный слой является трехкомпонентным и содержит (In:Al)2O3, оксид другого металла, предпочтительно цинка или титана, а также органическое соединение с карбоксильными или фосфонатными группами, предпочтительно производное фуллерена. Число компонентов в составе электрон-селективного слоя (3) не ограничено. Все компоненты могут наноситься при формировании электрон-селективного слоя (3) в любой последовательности, в любом соотношении, представлять собой однородную или неоднородную смесь, либо многослойную структуру, выращиваться в виде компактных пленок или осаждаться в виде коллоидных наночастиц.
Материалом фотоактивного перовскитного слоя (4) является активный материал общей формулы АВХ3, где А - катион метиламмония, формамидиния, цезия, рубидия, гуанидиния, этиламмония или их смеси; В - двухвалентный катион Pb2+, Sn2+, Ge2+ или их смеси; X - анион Cl, Br-, I- или их смеси. Фотоактивный перовскитный слой (4) обеспечивает поглощение света и генерацию носителей зарядов. Предпочтительными составами фотоактивного перовскитного слоя (4) в данном изобретении являются йодоплюмбат метилламония МАРbl3, йодоплюмбат формамидиния FAPbl3, смешанный йодоплюмбат цезия и формамидиния CsxFA1-xPbl3, где где МА - катион метиламмония, FA - катион формамидиния, х находится в пределах от 0.01 до 0.99, или смешанный йодоплюмбат цезия, метиламмония и формамидиния CsxMAyFA1-x-yPbl3, где МА - катион метиламмония, FA - катион формамидиния, х находится в пределах от 0.01 до 0.99, у находится в пределах 0.01 до 0.15, а сумма (х+у)<1.
В качестве дырочно-селективного слоя (5) используют любые органические полупроводниковые полимерные материалы р-типа с энергией высшей занятой молекулярной орбитали соответствующей положению валентной зоны материала фотоактивного слоя (4), оксиды (CuO, NiO, Сu2О, Fе2О3, МoО3, WO3, V2O5, Nb2O5 и др.), галогениды (CuSCN, CuSeCN, CuI и др.), халькогениды (PbS, PbSe, РbТе) и псевдогалогениды (CuSCN, CuSeCN, CuI и др.) d-элементов.
Дырочно-селективный слой (6) предназначен для экстракции и переноса к положительному электроду дырок, генерируемых в активном слое, и блокированию электронов. Чаще всего используются полимерные материалы р-типа, выбранные из группы: полиариламинов, политиофенов, полианилинов, поликарбазолов, поливинилкарбазолов, полифениленов, а также разнообразные низкомолекулярные полупроводники р-типа, такие как фталоцианины и порфирины, конденсированные ароматические и гетероароматические соединения, преимущественно содержащие гетероатомы серы, селена. Кроме того, в состав дырочно-селективного слоя (5) могут вводиться дополнительные компоненты, снижающие число дефектов в пленках, например, полистирол, полиметилметакрилат, поливинилидендифторид и другие технологические полимеры и низкомолекулярные соединения, улучшающие качество пленок при формировании их из раствора. Предпочтительным является использование двухкомпонентных дырочно-селективных слоев (5), содержащих органический компонент, нанесенный на границе со слоем 4, и неорганический компонент, нанесенный на границе со слоем 6. Число компонентов в составе дырочно-селективного слоя (5) не ограничено. Все компоненты могут наноситься при формировании дырочно-селективного слоя (5) в любой последовательности, в любом соотношении, представлять собой однородную или неоднородную смесь, либо многослойную структуру, выращиваться в виде компактных пленок или осаждаться в виде коллоидных наночастиц.
Помимо описанных слоев 1-7, конструкция фотовольтаического элемента может содержать дополнительные защитные слои, препятствующие взаимодействию влаги и кислорода воздуха с остальными слоями, входящими в структуру фотовольтаического элемента.
На дырочно-собирающий электрод (6) нанесена подложка (7).
Дырочно-селективный слой дополнительно содержит компонент выбранный из группы: полистирол, полиметилметакрилат, поливинилидендифторид.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что способ формирования электрон-селективного слоя (In:Al)2O3 в фотовольтаическом элементе заключается в термическом напылении в вакууме при давлении от 10-11 до 10-2 бар металлической пленки сплава In:Al при соотношении Al и In в сплаве от 0.01:99.99 до 15:85 на подложке и последующее термическое окисление подложки путем отжига в кислородсодержащей атмосфере при температуре 200-600°С в течение 0.1-60 минут.
Принципиальным отличием защищаемой конфигурации фотовольтаического устройства является использование в качестве электрон-селективного слоя оксида индия, легированного алюминием. Использование оксида индия, легированного алюминием, позволяет значительно увеличить эксплуатационную стабильность фотовольтаического элемента, что показано на Фиг. 2. Кроме того, использование оксида индия, легированного алюминием, позволяет существенно уменьшить процент короткозамкнутых дефектных устройств, что является важнейшим преимуществом при изготовлении фотовольтаических модулей большой площади (см. Фиг. 3). Использование оксида индия, легированного алюминием, также повышает КПД устройств с 16% (чистый оксид индия) до 18.6% (Фиг. 4, Табл. 2).
В данном изобретении также защищается способ формирования пленок оксида индия, легированного алюминием. Поверх слоя электродного материала 2 или 65 (см. описание слоев выше) в вакууме напыляется смесь металлического индия и алюминия (Al:In), в которой атомное содержание алюминия составляет от 2.5% до 15%. Толщина пленки Al:ln может составлять от 4 до 150 нм. Далее, пленка Al:In отжигается в кислородсодержащей атмосфере при температуре от 200 до 600°С, предпочтительно при 350-450°С.
Указанные выше преимущества (In:Al)2O3 в сравнении с оксидом индия In2О3 связаны с лучшим соответствием энергии нижней границы зоны проводимости (In:Al)2O3 и фотоактивного перовскитного материала на основе комплексных йодидов свинца. Использование (In:Al)2O3, в отличие от нелегированного оксида индия, обеспечивает безбарьерную экстракцию электронов из фотоактивного перовскитного слоя и приводит к более высоким значениям напряжений холостого хода фотовольтаического элемента.
Для подтверждения этого факта были изготовлены образцы пленок оксида индия и (In:Al)2O3, нанесенные на стеклянные пластины, покрытые пленкой проводящего оксида. На часть пленок In2О3 и (In:Al)2O3 были нанесены пленки фотоактивного перовскита СН3NН3Рbl3 толщиной 20 нм. Образцы были изучены методом ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии. Измеренные значения энергетических уровней пленок In2О3, (In:Al)2O3 и перовскита СН3NН3Рbl3 представлены в Табл. 1. Видно, что нижняя граница зоны проводимости (In:Al)2O3 находится на 50 мВ ниже аналогичного значения для перовскита. В то же время, для чистого оксида индия, значение нижней границы зоны проводимости на 240 мВ выше аналогичного значения для перовскита, что свидетельствует о наличии энергетического барьера, препятствующего эффективному переносу электронов из фотоактивного слоя и, следовательно, способствующего рекомбинации дырок и электронов.
Данное изобретение иллюстрируется, но никак не ограничивается следующими примерами:
Пример 1. Сравнение электрон-селективных слоев In2О3 и (In:Al)2O3
Были изготовлены фотовольтаические элементы (перовскитные солнечные батареи) следующей конфигурации:
- стекло/IТО/In2О3/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg;
- стекло/IТО/(In:Al)2О3/МАРbl3/РТА-полистирол-МоО3/Аg.
Для изготовления солнечных батарей были использованы коммерчески доступные стекла (25×25 мм) с нанесенной пленкой проводящего оксида индия, легированного оловом (ITO), с сопротивлением 15 Ом/кв. и толщиной проводящего слоя 150 нм. Часть проводящего слоя была стравлена, чтобы предотвратить короткое замыкание верхнего и нижнего электродов солнечных элементов при регистрации вольтамперной характеристики (ВАХ). Далее, стекла были очищены последовательно в дистиллированной воде, толуоле и ацетоне, а затем промыты в воде, ацетоне и изопропаноле с помощью ультразвука. Непосредственно перед нанесением электрон-селективных слоев подложки были дополнительно выдержаны в воздушной радиочастотной плазме (50 Вт/40 кГц) в течение 5 мин.
Для получения пленок оксида индия толщиной 50 нм были приготовлены пленки металлического индия толщиной 35 нм с использованием метода резистивного термического напыления в вакууме при скорости 1 
⋅с-1 и давлении не более 1⋅10-5 торр (1,33-10-7 бар). Для изготовления слоя (In:Al)2O3 напылили смешанные металлические пленки индия с алюминием In:Al с содержанием алюминия 7.6 атомных процентов. Металлические пленки превращались в оксидные путем отжига в течение 10 мин при 400°С в атмосфере воздуха.
Для нанесения пленок йодоплюмбата метиламмония, поли [бис (4-фенил) (4-метилфенил) амина] (РТА) и полистирола использовался метод центрифугирования (спин-коутинг).
Раствор прекурсора йодоплюмбата метиламмония с концентрацией 1,4 М (с 10% избытком Рbl2) готовили растворением йодида метиламмония (CH3NH3I или MAI, 222 мг) и иодида свинца (Рbl2, 645 мг) в смеси безводных растворителей диметилформамида и N-метил-2-пирролидона в объемном соотношении 4:1 (1 мл) при перемешивании в течение 1 часа при температуре 85°С (наблюдалось полное растворение). Полученный раствор далее фильтровали через мембранный фильтр PTFE с диаметром пор 0,45 мкм.
Раствор поли[бис (4-фенил) (4 -метилфенил) амина] - РТА был приготовлен в толуоле в концентрации 4 мг/мл, соответственно. Полистирол растворяли в этилацетате в концентрации 0,4 мг/мл. Все растворы, за исключением раствора поли[бис (4-фенил) (4 -метилфенил) амина] РТА, фильтровали через мембранный фильтр PTFE с размером пор 0,45 мкм.
Раствор прекурсора йодоплюмбата метиламмония МАРbl3 объемом 60 мкл наносили при скорости вращения подложки 4000 об/мин, и на 25-ой секунде на подложку выливали 160 мкл толуола. Образцы еще раз прогревали при температуре 100°С в течение 10 минут в инертной атмосфере. Раствор РТА объемом 30 мкл наносили при скорости вращения подложки 1000 об/мин. Раствор полистирола наносили при скорости вращения подложки 2000 об/мин.
Оксид молибдена (10 нм) осаждали методом резистивного напыления в вакууме при скорости 0,2/1 А-с-1. Серебряные электроды с толщиной 100 нм также напыляли в вакууме поверх МоО3 (10 нм).
Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор Verasol со спектром, близким к AM1.5G (класс точности AAA, световой поток 100 мВт см-2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг. 4, Табл. 3) использовали источник-измеритель Kethley 2612А. В строке 2, таблицы 3 представлены результаты измерения вольтамперных характеристик при следующих параметрах электрон-селективного слоя (In:Al)2O3: термическое напыление в вакууме при давлении не более 1,33-10-7 бар, с содержанием алюминия в сплаве индия с алюминием (In:Al) составляло 7.6 атомных процентов; отжиг при 400°С в течение 10 мин в атмосфере воздуха. В строке 3, таблицы 3 представлены результаты измерения вольтамперных характеристик при следующих параметрах электрон-селективного слоя (In:Al)2O3: термическое напыление в вакууме при давлении не более 1⋅10-11 торр, с содержанием алюминия в сплаве индия с алюминием (In:Al) составляло 0,01 атомных процентов; отжиг при 600°С в течение 60 мин в атмосфере воздуха. В строке 4, таблицы 3 представлены результаты измерения вольтамперных характеристик при следующих параметрах электрон-селективного слоя (In:Al)2O3: термическое напыление в вакууме при давлении не более 1⋅10-2 бар, с содержанием алюминия в сплаве индия с алюминием (In:Al) составляло 15 атомных процентов; отжиг при 200°С в течение 60 мин в атмосфере воздуха.
Из представленных данных видно, что солнечные элементы на основе раскрытого в данном изобретении электрон-селективного слоя (In:Al)2O3 превосходят устройства на основе известного из текущего состояния науки и техники электрон-селективного слоя на основе In2О3 по таким параметрам, как фактор заполнения и КПД преобразования света.
Пример 2. Сравнение двухкомпонентных электрон-селективных слоев In2О3--РСВА и (In:Al)2O3--РСВА
Были изготовлены фотовольтаические элементы (перовскитные солнечные батареи) следующей конфигурации:
- стекло/IТО/In2О3-РСВА/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg;
- стекло/IТО(In:Al)2O3--РСВА/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg;
Методика изготовления устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3/ /МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag и стекло/IТО/In2О3/ /МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg детально описана выше в примере 1.
Для нанесения пленок [6,6]-фенил-С61-бутановой кислоты (РСВА) использовался метод центрифугирования (спин-коутинг). Раствор РСВА был приготовлен в толуоле в концентрации 0,2 мг/мл. РСВА наносили на пленки In2О3 и (In:Al)2O3 при скорости вращения подложки 3000 об/мин. Образцы прогревали при температуре 100°С в течение 10 минут в инертной атмосфере.
Все последующие слои при изготовлении устройств вышеописанных конфигураций наносили так, как описано в примере 1.
Характеризация изготовленных солнечных батарей проводилась как описано в примере 1. Из представленных данных видно, что солнечные элементы на основе раскрытого в данном изобретении электрон-селективного слоя (In:Al)2O3-РСВА превосходят устройства на основе известного из текущего состояния науки и техники электрон-селективного слоя на основе In2О3 по таким параметрам, как напряжение холостого хода, фактор заполнения и КПД преобразования света (Фиг. 5, Табл. 4).
Пример 3. Сравнение двухкомпонентного электрон-селективного слоя (In:Al)2O3--CsCl и однокомпонентного (In:Al)2O3
На основе двухкомпонентных электрон-селективных слоев (In:Al)2O3--СsСl, и реперного (In:Al)2O3 были изготовлены фотовольтаические элементы (перовскитные солнечные батареи) n-i-p конфигурации:
- стекло/IТО/In2О3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg;
- стекло/IТО(In:Al)2O3--CsCl/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg.
Методика изготовления устройств стекло/IТО(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag детально описана выше в примере 1.
Для изготовления устройств стекло/IТО(In:Al)2O3--СsСl/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag был использован раствор хлорида цезия, приготовленный растворением хлорида цезия в изопропаноле в концентрации 0,05 М. Пленки хлорида цезия были нанесены при помощи центрифугирования (спин-коутинга) вышеупомянутого раствора при скорости вращения подложки 3000 об/мин. Образцы прогревали при температуре 100°С в течение 10 минут в инертной атмосфере.
Все последующие слои при изготовлении устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3-СsСl/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag наносили так, как описано в примере 1.
Характеризация изготовленных солнечных батарей проводилась как описано в примере 1. Установлено, что устройства стекло/IТО/(In:Al)2O3-СsСl/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag с двухкомпонентным электрон-селективным слоем (In:Al)2O3-СsСl превосходят устройства стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg с однокомпонентным электрон-селективным слоем (In:Al)2O3 по таким параметрам, как напряжение холостого хода, фактор заполнения, ток короткого замыкания и КПД (Фиг. 6, Табл. 5).
Пример 4. Сравнение двухкомпонентного электрон-селективного слоя (In:Al)2O3-КСl и однокомпонентного (In:Al)2O3
На основе двухкомпонентных электрон-селективных слоев (In:Al)2O3-КС1, и реперного (In:Al)2O3 были изготовлены фотовольтаические элементы (перовскитные солнечные батареи) n-i-p конфигурации:
- стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg;
- стекло/IТО/(In:Al)2O3-КСl/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg;
Методика изготовления устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag детально описана выше в примере 1.
Для изготовления устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3КСl/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag был использован раствор хлорида калия, приготовленный растворением хлорида калия в изопропаноле в концентрации 0,013 М. Пленки хлорида калия были нанесены при помощи центрифугирования (спин-коутинга) вышеупомянутого раствора при скорости вращения подложки 3000 об/мин. Образцы прогревали при температуре 100°С в течение 10 минут в инертной атмосфере.
Все последующие слои при изготовлении устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3-КСl/ МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag наносили так, как описано в примере 1.
Характеризация изготовленных солнечных батарей проводилась как описано в примере 1. Установлено, что устройства с двухкомпонентным электрон-селективным слоем /(In:Al)2O3-КСl и структурой стекло/IТО/(In:Al)2O3-КСl/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag превосходят реперные устройства стекло/IТО/(In:Al)2O3-/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg с однокомпонентным электрон-селективным слоем (In:Al)2O3 по таким параметрам, как напряжение холостого хода, фактор заполнения и КПД (Фиг. 7, Табл. 6)
Пример 5. Сравнение двухкомпонентного электрон-селективного слоя (In:Al)2O3-РСВМ и однокомпонентного (In:Al)2O3
На основе двухкомпонентного электрон-селективного слоя (In:Al)2O3-РСВМ и реперного (1п:А1)20з были изготовлены фотовольтаические элементы (перовскитные солнечные батареи) n-i-p конфигурации:
- стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg;
- стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВМ/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg;
Методика изготовления устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag детально описана выше в примере 1.
Для изготовления устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3/РСВМ/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag был использован раствор [6,6]-фенил-С61-метилового эфира бутановой кислоты (РСВМ), который был приготовлен растворением [6,6]-фенил-С61-метилового эфира бутановой кислоты в толуоле в концентрации 15 мг/мл. Пленки [6,6]-фенил-С61-метилового эфира бутановой кислоты были нанесены при помощи центрифугирования (спин-коутинга) вышеупомянутого раствора при скорости вращения подложки 3000 об/мин. Образцы прогревали при температуре 100°С в течение 10 минут в инертной атмосфере.
Все последующие слои при изготовлении устройств стекло/ IТО/(In:Al)2O3-РСВМ/ МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag наносили так, как описано в примере 1.
Характеризация изготовленных солнечных батарей проводилась как описано в примере 1. Установлено, что устройства с двухкомпонентным электрон-селективным слоем /(In:Al)2O3-РСВМ и структурой стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВМ/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag превосходят реперные устройства стекло/IТО/(In:Al)2O3/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg по таким параметрам, как напряжение холостого хода, фактор заполнения, ток короткого замыкания и КПД (Фиг. 8, Табл. 7).
Пример 6. Сравнение двухкомпонентных электрон-селективных слоев (In:Al)2O3-РСВА и SnO2-PCBA при использовании материала фотоактивного слоя состава Cs0.12FA0.88Pbl3
На основе двухкомпонентных электрон-селективных слоев (In:Al)2O3-РСВА и SnO2-PCBA были изготовлены фотовольтаические элементы (перовскитные солнечные батареи) n-i-p конфигурации:
- стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВА/Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al;
- стекло/IТО/SnО2-РСВА/ Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al.
Методика изготовления устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВА/МАРbl3/РТА-полистирол/МоО3/Ag детально описана выше в примере 2. В данном примере слой перовскита МАРbl3 был заменен на слой перовскита Cs0.12FA0.88Pbl3, и слой серебра заменен на слой алюминия. Алюминиевые электроды с толщиной 100 нм также напыляли в вакууме.
Для изготовления устройств стекло/ITО/SnО2-РСВА/ Cs0.12FA0.88Pbl3/PTA-полистирол/МоО3/Ag был использован 10% раствор наночастиц оксида олова (SnО2), который получали разбавлением коммерческой 15% суспензии наночастиц оксида олова дистиллированной водой (источник-Alfa Aesar). Затем раствор обрабатывали 30 минут в ультразвуковой бане и фильтровали через мембранный фильтр PES с диаметром пор 0,45 мкм. Пленки оксида олова были нанесены методом центрифугирования (спин-коутинга) раствора наночастиц при скорости вращения подложки 4000 об/мин. Нанесение проводилось дважды. Затем образцы прогревали в течении 30 минут при температуре 150°С в атмосфере воздуха.
Раствор перовскита Cs0.12FA0.88Pb3 готовился из йод ид а цезия (CsI, 99 мг), йодида формамидиния (FAI=HC(NH2)2I, 435 мг) и иодида свинца (Рbl2, 1475 мг) и смеси растворителей диметилформамида и диметилсульфоксида в объемном отношении 4:1 (общий объем 2 мл) путем перемешивания для полного растворения всех компонентов и последующего фильтрования через мембранный фильтр PTFE с диаметром пор 0,45 мкм.
Раствор йодида метиламмония готовился из йодида метиламмония (MAI, 5 мг) и безводного изопропилового спирта (1 мл).
Раствор перовскита объемом 70 мкл наносился поверх соответствующего электрон-селективного слоя ((In:Al)2O3-РСВА или SnО2-РСВА) при скорости вращения подложки 4000 об/мин, и на 14-ой секунде наносился этилацетат объемом 360 мкл. Субстраты прогревали при 100°С в течение 10 минут в инертной атмосфере. Затем была проведена дополнительная пассивация пленок перовскита CS0.12FA0.88Pbl3 путем нанесения поверх него раствора йодида метиламмония методом центрифугирования (спин-коутинга) при скорости вращения подложек 4000 об/мин в течение 10 секунд. Полученные пленки затем прогревали при 100°С в течение 1 минуты.
Все последующие слои при изготовлении устройств стекло/IТО(In:Al)2O3-РСВА/ Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al и стекло/ITО/SnО2-РСВА/ Cs0.12FA0.88Pbl3/PTA-полистирол/МоО3/Al наносили так, как описано в примере 1.
Характеризация изготовленных солнечных батарей проводилась как описано в примере 1. Установлено, что устройства стекло/ITО/(In:Al)2O3-РСВА/Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al с двухкомпонентным электрон-селективным слоем (In:Al)2O3-РСВА превосходят реперные устройства стекло/ITО/SnО2-РСВА/Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al с двухкомпонентным слоем SnО2-РСВА по таким параметрам, как ток короткого замыкания, напряжение холостого хода, факторы заполнения и КПД. (Фиг. 9, Табл. 8)
Пример 7 Сравнение трехкомпонентного электрон-селективного слоя (In:Al)2O3-ZnO-PCBA и двухкомпонентного электрон-селективного слоя (In:Al)2O3-РСВА
На основе трехкомпонентного электрон-селективного слоя (In:Al)2O3-ZnO-PCBA и реперного двухкомпонентного электрон-селективного слоя (In:Al)2O3-РСВА были изготовлены фотовольтаические элементы (перовскитные солнечные батареи) n-i-p конфигурации:
- стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВА/ Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al;
- стекло/IТО/(In:Al)2O3-ZnО-РСВА/Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al;
Методика изготовления устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВА/ Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Аg детально описана выше в примере 6.
Для изготовления устройств стекло/ITO/(In:Al)2O3-ZnO-PCBA/Cs0.12FA0.88Pbl3/PTA-полистирол/МоО3/Ag был использован раствор ацетата цинка, полученный растворением 100 мг безводного ацетата цинка в 1 мл 2-метоксиэтанола и с добавкой 35 мкл моноэтаноламина. Раствор перемешивали в течение 24 часов на магнитной мешалке, после чего разбавляли в пять раз 2-метоксиэтанолом. Разбавленный раствор ацетата цинка объемом 100 мкл наносили при скорости вращения подложки 3000 об/мин в течение 40 секунд. Полученные пленки прокаливали при температуре 200°С в течение 1 часа на воздухе. Все последующие слои при изготовлении устройств стекло/IТО/(In:Al)2O3-ZnО-РСВА/Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al наносили так, как описано в примере 6. Характеризация изготовленных солнечных батарей проводилась как описано в примере 1.
Установлено, что устройства с трехкомпонентным электрон-селективным слоем (In:Al)2O3-ZnO-PCBA и структурой стекло/ITO/(In:Al)2O3-ZnO-PCBA/Cs0.12FA0.88Pbl3/PTA/ полистирол/МоО3/Al превосходят реперные устройства с двухкомпонентным электрон-селективным слоем (In:Al)2O3-РСВА и структурой стекло/IТО/(In:Al)2O3-РСВА/Сs0.12FА0.88Рbl3/РТА-полистирол/МоО3/Al по таким параметрам, как напряжение холостого хода, факторы заполнения и КПД. (Фиг. 10, Табл. 9).
Claims (12)
1. Фотовольтаический элемент, содержащий подложку, на которую последовательно нанесены электрон-собирающий электрод, электрон-селективный слой, фотоактивный перовскитный слой, дырочно-селективный слой и дырочно-собирающий электрод, при этом подложка выполнена прозрачной и изготовлена из материала, выбранного из группы: стекло, кварц, оргстекло, политерефталат, полиэтилен, полиимид, тонкое стекло, или непрозрачной и изготовлена из материала, выбранного из группы: р-, d-элементы, сталь, пластик, керамика; электрон-собирающий и дырочно-собирающий электроды выполнены полупрозрачными и изготовлены по крайней мере из одного материала, выбранного из группы: прозрачные проводящие оксиды, электропроводящие полимеры, d- и р-элементы, углеродные материалы, или непрозрачными и изготовлены из материала, выбранного из группы: s-, р-, d-элементы или их сплавы, нитрид титана, графит, сажа; в качестве электрон-селективного слоя используют оксид индия, легированный алюминием - (In:Al)2O3, в качестве фотоактивного перовскитного слоя используют активный материал общей формулы АВХ3, где А - катион метиламмония, формамидиния, цезия, рубидия, гуанидиния, этиламмония или их смеси; В - двухвалентный катион Pb2+, Sn2+, Ge2+ или их смеси; X - анион Cl-, Br-, I- или их смеси; в качестве дырочно-селективного слоя используют по крайней мере один компонент, выбранный из группы: органические полупроводниковые полимерные материалы р-типа, оксиды, галогениды, халькогениды и псевдогалогениды d-элементов.
2. Фотовольтаический элемент по п. 1, в котором атомное соотношение алюминия и индия (Al:In) в электрон-селективном слое (In:Al)2O3 находится в пределах от 0.01:99.99 до 15:85.
3. Фотовольтаический элемент по п. 2, в котором толщина электрон-селективного слоя находится в пределах от 5 до 200 нм.
4. Фотовольтаический элемент по любому из пп. 2, 3, в котором электрон-селективный слой выполнен из оксида индия, легированного алюминием, и по крайней мере одного дополнительного компонента, выбранного из группы: органические полупроводники n-типа, оксиды и соли d-элементов, соли щелочно-земельных металлов, предпочтительно, электрон-селективный слой является двухкомпонентным: первый компонент - (In:Al)2О3, второй - органическое соединение с карбоксильными или фосфонатными группами, предпочтительно, производное фуллерена.
5. Фотовольтаический элемент по любому из пп. 2, 3, в котором электрон-селективный слой является двухкомпонентным: один из компонентов - (In:Al)2O3, второй - другой оксид металла, предпочтительно оксид цинка.
6. Фотовольтаический элемент по любому из пп. 2, 3, в котором электрон-селективный слой является трехкомпонентным и содержит (In:Al)2O3, оксид другого металла, предпочтительно цинка или титана, а также органическое соединение с карбоксильными или фосфонатными группами, предпочтительно производное фуллерена.
7. Фотовольтаический элемент п. 1, в котором фотоактивный перовскитный слой представлен йодоплюмбатом метиламмония MA1Pbl3, где МА - катион метиламмония.
8. Фотовольтаический элемент п. 1, в котором фотоактивный перовскитный слой представлен йодоплюмбатом формамидиния FAPbl3, где FA - катион формамидиния.
9. Фотовольтаический элемент п. 1, в котором фотоактивный перовскитный слой представлен смешанным йодоплюмбатом цезия и формамидиния CsxFA1-xPbl3, где FA - катион формамидиния, х находится в пределах от 0.01 до 0.99, или смешанным йодоплюмбатом цезия, метиламмония и формамидиния CsxMAyFA1-x-yPbl3, где МА - катион метиламмония, FA - катион формамидиния, х находится в пределах от 0.01 до 0.99, у находится в пределах 0.01 до 0.15, а сумма (х+у)<1.
10. Фотовольтаический элемент по п. 1, в котором на дырочно-собирающий электрод нанесена подложка по п. 1.
11. Фотовольтаический элемент по п. 1, в котором дырочно-селективный слой дополнительно содержит компонент, выбранный из группы: полистирол, полиметилметакрилат, поливинилидендифторид.
12. Способ формирования электрон-селективного слоя (In:Al)2O3 в фотовольтаическом элементе по п. 1, заключающийся в термическом напылении в вакууме при давлении от 10-11 до 10-2 бар металлической пленки сплава In:Al при соотношении Al и In в сплаве от 0.01:99.99 до 15:85 на подложке по п. 1, и последующее термическое окисление подложки путем отжига в кислородсодержащей атмосфере при температуре 200-600°С в течение 0.1-60 минут.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021117602A RU2764711C1 (ru) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Электрон-селективный слой на основе оксида индия, легированного алюминием, способ его изготовления и фотовольтаическое устройство на его основе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021117602A RU2764711C1 (ru) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Электрон-селективный слой на основе оксида индия, легированного алюминием, способ его изготовления и фотовольтаическое устройство на его основе |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2764711C1 true RU2764711C1 (ru) | 2022-01-19 |
Family
ID=80040615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021117602A RU2764711C1 (ru) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Электрон-селективный слой на основе оксида индия, легированного алюминием, способ его изготовления и фотовольтаическое устройство на его основе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2764711C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230247853A1 (en) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | The Florida State University Research Foundation, Inc. | Composite Materials, Devices, and Methods of Encapsulating Perovskites |
| RU2812168C1 (ru) * | 2022-12-06 | 2024-01-24 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Федеральный Исследовательский Центр Проблем Химической Физики И Медицинской Химии Российской Академии Наук (Фиц Пхф И Мх Ран) | Фотовольтаическое устройство на основе полупроводниковых пленок комплексных галогенидов свинца, стабилизированных производными пиридина |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446510C1 (ru) * | 2007-12-29 | 2012-03-27 | Шанхайский Институт Керамики Китайской Академии Наук | Способ получения светопоглощающего слоя тонкопленочных солнечных элементов из меди-индия-галлия-серы-селена |
| US20160141535A1 (en) * | 2013-06-18 | 2016-05-19 | Isis Innovation Limited | Photoactive layer production process |
| WO2018068101A1 (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | Newsouth Innovations Pty Limited | A method of forming a light absorbing perovskite layer for a photovoltaic cell and a photovoltaic cell comprising the light absorbing perovskite layer |
| RU2694086C1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-07-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Гибридный фотопреобразователь, модифицированный максенами |
-
2021
- 2021-06-17 RU RU2021117602A patent/RU2764711C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446510C1 (ru) * | 2007-12-29 | 2012-03-27 | Шанхайский Институт Керамики Китайской Академии Наук | Способ получения светопоглощающего слоя тонкопленочных солнечных элементов из меди-индия-галлия-серы-селена |
| US20160141535A1 (en) * | 2013-06-18 | 2016-05-19 | Isis Innovation Limited | Photoactive layer production process |
| WO2018068101A1 (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | Newsouth Innovations Pty Limited | A method of forming a light absorbing perovskite layer for a photovoltaic cell and a photovoltaic cell comprising the light absorbing perovskite layer |
| RU2694086C1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-07-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Гибридный фотопреобразователь, модифицированный максенами |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230247853A1 (en) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | The Florida State University Research Foundation, Inc. | Composite Materials, Devices, and Methods of Encapsulating Perovskites |
| RU2812168C1 (ru) * | 2022-12-06 | 2024-01-24 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Федеральный Исследовательский Центр Проблем Химической Физики И Медицинской Химии Российской Академии Наук (Фиц Пхф И Мх Ран) | Фотовольтаическое устройство на основе полупроводниковых пленок комплексных галогенидов свинца, стабилизированных производными пиридина |
| RU2829486C1 (ru) * | 2023-10-16 | 2024-10-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Композитный порошковый фотокатализатор и способ его получения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Myagmarsereejid et al. | Doping strategies in Sb2S3 thin films for solar cells | |
| RU2694086C1 (ru) | Гибридный фотопреобразователь, модифицированный максенами | |
| Mali et al. | pin/nip type planar hybrid structure of highly efficient perovskite solar cells towards improved air stability: synthetic strategies and the role of p-type hole transport layer (HTL) and n-type electron transport layer (ETL) metal oxides | |
| Song et al. | Low-temperature-processed ZnO–SnO2 nanocomposite for efficient planar perovskite solar cells | |
| Mahmud et al. | Low temperature processed ZnO thin film as electron transport layer for efficient perovskite solar cells | |
| Rhee et al. | A perspective of mesoscopic solar cells based on metal chalcogenide quantum dots and organometal-halide perovskites | |
| Dahal et al. | Configuration of methylammonium lead iodide perovskite solar cell and its effect on the device's performance: a review | |
| WO2018123402A1 (ja) | 太陽電池、光吸収層および光吸収層の形成方法 | |
| CN106252512A (zh) | 钙钛矿型太阳能电池 | |
| Rao et al. | Emerging Photovoltaics: Organic, Copper Zinc Tin Sulphide, and Perovskite‐Based Solar Cells | |
| JP7232032B2 (ja) | 太陽電池 | |
| Pandey et al. | Efficient, hysteresis free, inverted planar flexible perovskite solar cells via perovskite engineering and stability in cylindrical encapsulation | |
| JPWO2019139153A1 (ja) | ペロブスカイト化合物及びこれを用いた光変換素子 | |
| JP2019208010A (ja) | 太陽電池 | |
| JP6989391B2 (ja) | 太陽電池 | |
| Li et al. | Perovskite solar cells | |
| Mathur et al. | Hydrophobic–Hydrophilic Block Copolymer Mediated Tuning of Halide Perovskite Photosensitive Device Stability and Efficiency | |
| RU2764711C1 (ru) | Электрон-селективный слой на основе оксида индия, легированного алюминием, способ его изготовления и фотовольтаическое устройство на его основе | |
| US20190237267A1 (en) | Solar cell | |
| CN107910444A (zh) | 钙钛矿太阳电池 | |
| CN108461635B (zh) | 一种联硼化合物表面修饰钙钛矿薄膜的方法及其应用 | |
| RU2826020C2 (ru) | Фотовольтаическое устройство на основе стабилизированных полупроводниковых пленок йодоплюмбата цезия | |
| RU2786055C2 (ru) | Фотовольтаическое устройство с электрон-селективным слоем на основе оксида вольфрама и способ изготовления этого устройства | |
| WO2023054073A1 (ja) | 光電変換素子およびその製造方法、ならびに組成物 | |
| Subhani et al. | Perovskite solar cells and their types |