×
20.11.2013
216.012.8376

ОРГАНИЧЕСКИЙ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫЙ ГЕТЕРОПЕРЕХОД ДЛЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области полупроводниковых приборов на твердом теле с использованием комбинации органических материалов с другими материалами в качестве активной части, специально предназначенных для преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности органического фотовольтаического преобразователя энергии. В органическом донорно-акцепторном гетеропереходе для солнечного элемента, состоящем из смеси донорного полупроводникового полимера с акцепторными нанокластерами эндометаллофуллерена гадолиния, настроенными на плазмонный резонанс в видимой части оптического спектра. 2 ил., 1 табл.
Основные результаты: Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента, состоящий из смеси донорного полупроводникового полимера с акцепторными фуллереновыми структурами, отличающийся тем, что в качестве акцепторного компонента используются нанокластеры эндометаллофуллерена гадолиния, составляющего 8-12% от общей массы гетероперехода, настроенные на плазмонный резонанс в видимой части оптического спектра.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов на твердом теле с использованием комбинации органических материалов с другими материалами в качестве активной части, специально предназначенных для преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию.

Известны органические фотовольтаические преобразователи энергии, сформированные на основе объемного донор-акцепторного гетероперехода, который изготавливается из смеси полупроводникового полимера с фуллеренами или их производными (J. Ibid., 1994, v. 64, № 25, p. 3422-3424; J. Mater. Chem., 2006, v. 16, № 1, p. 45-61). Для улучшения эффективности преобразования солнечной энергии, в полимерный анодный буферный слой фотоэлементов добавляют металлические, металлокомпозитные наночастицы с плазменным резонансом, настроенным на видимый световой диапазон (ACS Nano, 2011. V. 5, N.2, р. 959-967; патент на полезную модель №104780, опубл. 20.05.2011).

В результате такой модификации в области плазменного резонанса происходит значительное увеличение коэффициента поглощения света за счет возбуждения в наночастицах локализованных плазмонов. Плазменные возбуждения, с одной стороны, формируют дополнительные экситонные состояния, с другой стороны, как показывают измерения кинетики люминесценции, резко сокращают их время жизни, способствуя более эффективному пространственному разделению зарядов (электронов и дырок) в активном слое за счет плазмон-экситонного спаривания. В результате чего происходит увеличение коэффициента полезного действия (КПД) фотоэлемента.

Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента с буферным слоем, модифицированным добавлением в него металлических плазменных наночастиц, является наиболее близким аналогом и принят за прототип (ACS Nano, 2011, v. 5, N.2, p. 959-967).

Недостатком такого модифицированного органического донорно-акцепторного гетероперехода является невозможность добавления металлических наночастиц в его внутренний объем, поскольку это приводит к нарушению работоспособности гетероперехода. Происходит его шунтирование и резкое уменьшение фотоэлектродвижущей силы (фотоЭДС). Эффект плазмон-экситонного спаривания реализуется в толщине 10-20 нм фотоактивного донорно-акцепторного слоя, примыкающего к полимерному слою анодного буфера, доппированного плазменными наночастицами (ACS Nano, 2011, v. 5, N.2, р. 959-967). При этом большая часть гетероперехода (до 90%) работает в обычном режиме.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности органического фотовольтаического преобразователя энергии за счет применения в нем оригинального донорно-акцепторного гетероперехода.

Поставленная задача решается тем, что в органическом донорно-акцепторном гетеропереходе для солнечного элемента, состоящего из смеси донорного полупроводникового полимера с акцепторными фуллереновыми структурами, в качестве акцепторного компонента используются нанокластеры эндометаллофуллерена гадолиния, составляющего 8-12% от общей массы гетероперехода, настроенные на плазменный резонанс в видимой части оптического спектра.

Организация молекул M@C82 в нанокластеры размером 50-80 нм инициируется их большим собственным дипольным моментом (3-4 D). При концентрационных соотношениях акцепторной компоненты 8-12% нанокластеры M@C82 настраиваются на наноплазмонный резонанс в видимой области спектра 300-400 нм (Оптика и спектроскопия, 2010, том 109, №4, с. 630-636).

Вместе с тем молекулы M@C82 обладают ярко выраженными акцепторными свойствами по отношению к большинству полупроводниковых полимеров. Таким образом, используя при формировании донор-акцепторного гетероперехода нанокластеры M@C82, акцепторные и плазменные свойства совмещаются в рамках одного объекта - наночастице эндометаллофуллеренов. M@C82 наночастицы заполняет весь объем гетероперехода без нарушения его фотовольтаических свойств, что позволяет использовать эффект плазмон-экситонного спаривания в полном объеме гетероперехода.

На фигуре 1 изображен органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента, на фигуре 2 приведена схема взаимодействия плазменных и экситонных возбуждений в органическом донорно-акцепторном гетеропереходе.

Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента включает: алюминиевый электрод 1, гетеропереход 2, прозрачный электрод из окиси индия 3, стеклянной подложки 4. К электродам 1 и 3 подключен мультиметр 5.

Экспериментальная проверка способности модифицированного органического донорно-акцепторного гетероперехода эффективно разделять фотовозбужденные электронно-дырочные пары осуществлялась на мультислойных системах, полученных методом полива на стеклянную подложку 4 с проводящим ITO покрытием 3, смеси раствора MEH-PPV и 8%; 10%; 12% Gd@C82. Толщина высохшей пленки органического донорно-акцепторного гетероперехода 2 составляла 200-300 нм. Через маску на поверхность сформированной пленки донорно-акцепторного гетероперехода 2 наносился слой Al-1 толщиной ~1 мкм. Образец сравнения изготавливался по аналогичной технологии с использованием в качестве акцепторной примеси С60.

При освещении мультислойных систем со стороны прозрачного электрода из оксида индия 3 светом от лампы ДКсШ-150 с плотностью мощности W=0,1 Вт/см2, для образцов ITO/MEH-PPV:Gd@C82/Al и ITO/MEH-PPV/С60/Аl, измеряли фотоЭДС, ток короткого замыкания, спектральную чувствительность с помощью мультиметра 5. Обнаружили, что в случае использования в качестве акцепторной компоненты вместо С60 Gd@C82, величина фотоЭДС возрастает с 0,5 до 0,55 мВ, ток короткого замыкания увеличивается на 20%, спектральная чувствительность системы в области 300-400 нм возрастает в несколько раз, что отражено в таблице. Полученный положительный эффект превосходит положительный эффект прототипа на 5%.

Таблица
Тип гетероперехода MEH-PPV/C60 образец сравнения (прототип) MEH-PPV/Gd@C82
Доля акцепторной компоненты в смеси СA/(CA+CD)·100% 8% 10% 12% 8% 10% 12%
ФотоЭдс, мВ 500 500 500 550 550 550
Ток короткого замыкания, мкА 12 12,1 12,1 13 14,5 14

Таким образом, применение заявляемого изобретения, в сравнении с прототипом, позволяет повысить эффективность преобразования солнечной энергии органическим фотоэлементом, что может найти применение в устройствах солнечной энергетики.

Органический донорно-акцепторный гетеропереход для солнечного элемента, состоящий из смеси донорного полупроводникового полимера с акцепторными фуллереновыми структурами, отличающийся тем, что в качестве акцепторного компонента используются нанокластеры эндометаллофуллерена гадолиния, составляющего 8-12% от общей массы гетероперехода, настроенные на плазмонный резонанс в видимой части оптического спектра.
ОРГАНИЧЕСКИЙ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫЙ ГЕТЕРОПЕРЕХОД ДЛЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА
ОРГАНИЧЕСКИЙ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫЙ ГЕТЕРОПЕРЕХОД ДЛЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-3 of 3 items.
27.02.2013
№216.012.2b3a

Способ повышения продуктивности микроорганизмов e.coli

Изобретение относится к микробиологии и медицине и может быть использовано в фармацевтической промышленности. Способ повышения продуктивности бактерий E.coli заключается в подготовке суспензии микроорганизмов, перемешивании ее в процессе культивирования в присутствии сульфата магнитного изотопа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476593
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.05.2013
№216.012.3cc8

Микронаноструктурированный биопластический материал

Изобретение относится к медицине, а именно к комбустиологии, пластической хирургии, косметологии, и может найти применение в качестве биоматериала для замещения дефектов покровных тканей и стимуляции регенерации. Описан микро-наноструктурированный биопластический материал, основой которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481127
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.11.2013
№216.012.8256

Способ изотопного обогащения клеток e.coli

Изобретение относится к микробиологии и может быть использовано для получения изотопно-меченых клеток микроорганизмов. Способ обогащения клеток E.coli изотопами магния предусматривает культивирование клеток E.coli в течение 10-16 ч при температуре 37°C в водном растворе, обогащенном изотопом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499042
Дата охранного документа: 20.11.2013
Showing 1-10 of 128 items.
10.04.2013
№216.012.3299

Устройство для временного повышения проходимости буксующего автотранспортного средства

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам, предотвращающим буксование ведущих колес автомобиля. Устройство снабжено индикатором точности затормаживания буксующего колеса ведущего моста, включающим зубчатые венцы из магнитного сплава, катушки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478496
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.329a

Устройство для временного повышения проходимости буксующего автотранспортного средства

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам, предотвращающим буксование ведущих колес автомобиля. Устройство снабжено индикатором точности затормаживания колеса при его буксовании, включающим зубчатый венец из магнитного сплава, катушку индуктивности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478497
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.329b

Устройство для временного повышения проходимости буксующего автотранспортного средства

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам, предотвращающим буксование ведущих колес автомобиля. Устройство снабжено индикаторами точности затормаживания каждого колеса ведущего моста при его буксовании. Каждый индикатор включает зубчатый венец из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478498
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.329c

Устройство временного повышения проходимости буксующего автотранспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам, предотвращающим буксование ведущих колес автомобиля. Устройство снабжено индикаторами точности затормаживания каждого колеса ведущего моста при его буксовании. Каждый индикатор включает зубчатый венец из магнитного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478499
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.329d

Устройство временного повышения проходимости буксующего автотранспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам, предотвращающим буксование ведущих колес автомобиля. Устройство снабжено индикаторами точности затормаживания каждого колеса ведущего моста при его буксовании. Каждый индикатор включает зубчатый венец из магнитного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478500
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3465

Способ оценки элементного статуса птицы по перу

Изобретение относится к области птицеводства и предназначено для оценки элементного статуса птицы. Способ включает анализ содержания химических элементов в субстрате. В качестве субстрата для анализа используют перо живой птицы. Отбор субстрата производят из трех мест: область головы, спины и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478956
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.05.2013
№216.012.3d3a

Законцовка крыла летательного аппарата

Изобретение относится к области авиационной техники. Законцовка крыла летательного аппарата имеет концевую шайбу, снабженную дополнительной аэродинамической стреловидной поверхностью малого удлинения с острой передней кромкой, смонтированную с внешней стороны концевой шайбы на ее конце. Задняя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481241
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.05.2013
№216.012.3d3b

Законцовка крыла летательного аппарата

Изобретение относится к авиационной технике. Законцовка крыла летательного аппарата имеет концевую шайбу, снабженную аэродинамической стреловидной поверхностью малого удлинения с острой передней кромкой, смонтированной с внешней стороны концевой шайбы на ее конце. Задняя кромка аэродинамической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481242
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.05.2013
№216.012.3e48

Коробка передач к автотранспортному средству

Изобретение относится к коробкам переключения передач с автоматической системой переключения. Коробка передач включает планетарный понижающий цилиндрический косозубый редуктор и автоматическую систему переключения с первой передачи на вторую. Планетарный редуктор состоит из ведущего вала (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481511
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.05.2013
№216.012.3e49

Коробка передач для транспортного средства

Изобретение относится к коробкам переключения передач с автоматической системой переключения. Коробка передач включает планетарный понижающий цилиндрический косозубый редуктор и автоматическую систему переключения с первой передачи на вторую. Планетарный редуктор состоит из ведущего вала (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481512
Дата охранного документа: 10.05.2013
+ добавить свой РИД