Способ получения фоточувствительного электрода

Способ получения фоточувствительного электрода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относиться к электротехнике . Цель изобретения - повышение фоточувствительности и упро- .щение технологического процесса. Порошкообразный теллурид кадмия, селенид кадмия и хлорид кадмия ймешивагот и добавляют дистиллированную воду до вязкой консистенции. Наносят суспензию на титановую подложку и вводят в пламя газовой горелки с метаново-воздушной смесью при содержании метана в смеси 15-30 об.% в течение 5-10 мин при температуре под ложки 700-750 С для рекристаллизации твердого раствора CdSexTe4- . Фотоанод обладает КПД 5-7% при солнечном освещении. 1 табл. с S сл с

саюэ советсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИх

Р СГ1УЬЛИН

А1 (19) (Ill

SU (584 И01М6 30

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ госудА ственный комитет сссР

lfo делАм изоБРетений и отнРытий (46) 30.11.88. Бюл. Б 44 (21) 3915540/24-07 (22) 25 ° 06,85 (71) Институт общей и неорганической химии АН УССР (72) А.В. Городыский, Г.Я. Колбасов и И.И. Карпов (53) 621.362:537 ° 215 (088.8) (56) Hodes G., Manassen J., Neap 8

and a11 Electroplated cadmium cha1cogenide layers: characterizarion

and use in photoelectrochemical

solar cells — Thin Яо1Ы Films, 1982, 90, Р i, р. 433-438.

Патент США к 4296188, кл. 429/111, 1981. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение фоточувствительности и упрощение технологического процесса.

Порошкообразный теллурид кадмия, селенид кадмия и хлорид кадмия смешивают и добавляют дистиллированную воду до вязкой консистенции, Наносят суспензию на титановую подложку и вводят в пламя газовой горелки с ме" таново-воздушной смесью при содержании метана в смеси 15-30 об.й в течение 5-10 мин при температуре под . о ложки 700-750 С для рекристаллиза. ции твердого раствора CdSexTe< w .

Фотоанод обладает КПД 5-77 при солнечном освещении. f табл.!

299429

СН + Н О СО + ЗН

Изобретенйе относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении фотоанодон для электрохимическнх преобразователей солнечной энергии (ФЭХП).

Целью изобретения является повышение фоточувствительности и упрощение технологического процесса.

Способ осуществляют следующим

oCjpasoM. В стакан из стекла загружают порошкообразный теллурид кадмия, селеиид кадмия, хлорид кадмия.

Добавляют дистиллированную воду до получения вязкой консистенции.

С помощью мешалки проводят гомогенизацию суспензии и затем пульверизатором эту суспензию наносят на титановую подложку.

Нанесенный на подложку слой полупроводника вводят в пламя газовой горелки (метаново-воздушная смесь), где в течение 5-t0 мин прокодят спекание твердого раствора Сс!Бе„Те

Время отжига выбрано из требования получения твердого раствора СдЯе,„Те„„ и ограничено разложением хлорида кадмия. Температура подложки при этом составляет 700-750 С.. о

Нижняя граница содержания метана З0 в метаново-воздушной смеси ограничена условиями окисления поверхности полупроводникового электрода (при ,уменьшении содержания метена наблю. дается интенсивное образование окис- лов компонентов полупроводникового ,электрода и уменьшение фоточувствительности электрода).

Выбор верхней границы содержания метана в метаново-воздушной смеси > обусловлен ухудшением качества спекания поликристаллического полупроводникового слоя, в частности из-за уменьшения размера зерен, и снижением фоточувствительности электрода.

Полученный фотоэлектрод медленно охлаждается затем вне пламени горелки на асбестовом листе до комнатной температуры.

Известно, что твердый pacTBop gg

СЙЯе„Те „ образуется иэ отдельных койпонентов CdSe, CdTe в присутст.вии рекристаллизатора CdCl npu

650-750 С в инертной атмосфере аргона. Для получения фоточувствительного слоя применяют отжиг в при- сутствии кислорода, образующего на поверхности полупроводника тонкий переходной фазовый слой.

Используя нагрев электрода в плао мени газовой горелки при 700-750 С, можно также провести синтез твердого раствора СЙБе„Те, „ на подложке и получить фоточувствительный слой на понерхности полупроводниковой пленки.

Присутствие восстановительной среды в пламени газовой горелки защищает полупроводниковые материалы от интенсивного окисления.

В частности, при рекристаллизацин водной суспензии халькогенидов кадмия в пламени естественного газа происходит паровая конверсия rasa.

Сущность процесса паровой конверсии естественйого газа состоит в том, что метан, содержащийся в газе, реагируя при высокой температуре с водяным паром суспензии н присутствии катализатора (титана, селенидон и теллуридон кадмия), конвертируется до водорода и окиси углерода по реакции

Имеющиеся в нанесенном слое частицы воды вследствие нысокой температуры разлагаются с выделением газообразных водорода и кислорода,.что в совокупности защищает полупроводниковый материал .от интенсивного окисления. Подвижная газовая среда обеспечивает отвод газообразного рекристаллизатора, наличие которого в жидкой фазе обусловлинает интенсивную рекристаллизацию халькогенидов кадмия.

Таким образом, в пламени горелки пронодится одновременно синтез твердого раствора CdSe Те, „ и обеспечивается наличие на поверхности электрода тонкого окисного слоя, т,е. обеспечиваются такие же услония получения фоточувствительного электрода, как и в случае предварительного синтеза в инертной среде аргона и последующего отжига в присутствии аргона и кислорода с использованием для этих целей кнарценой посуды и .специальных электропечей для термообработок.

Рентгенофазовый анализ показывает образование соединения CdSe„Te, „ стехиометрического состава со структурок вюртцита с отклонением от стехиометрии в пределах 27. При тол

12994?9 шине пленки 30 мкм средний размер кристаллов имеет значение 15-35 мкм.

ФЭХЛ с CdSe<<>Te035 фотоанодом полу ченным таким способом, в полисульфидном электролите {2M NaOH+ 2,5М S + 5

+ 2М Ма Я) с Cuz S"êàòîäîì обладает высокой фоточувствительностью И стабилен в электролитах, применяемых в ФЭХП, в частности в щелочном полисульфидном электролите. t0

Коэффициент полезного действия

ФЭХП с CdSe Т, †.фотоаиодом составляет 5-77 при солнечном освещении.

Пример 1. Суспензия для получения фоточувствительного слоя 15 состоит из 24 г селенида кадмия (порошок, размер зерен 1-2 мкм), 76,52 г теллурида кадмия и 9 1,65 обезвожен ного хлористого кадмия, К смеси до бавляют 30 мл дистиллированной во- 20 ды. Суспензию тщательно перемешивают магнитной мешалкой и наносят на титаРезультаты испытаний фотоанодов CdSe в 2Н полисульфидном щелочном растворе, Напряжение холостого хода, В

Состав электрода

Ток

Содержание метаВремя отжпга, мин

Номер примера короткого на в метанововоздушной замыкания, мА/см смеси, об.X

14,5 0,62 6

17,5 0,60 7

13,8 0,55 5

Сс18ео Тео

CdSe, Teo

CdSea4 те..6

10.

12 03 2

СЙЯеаб Тео,м

107 056 40

CdSe<<> Теор

Cd8е „Те

13,8 0,4 3,7

1 содержит 13,73 г селенида кадмия, 50 25,95 г теллурида кадмия, 21э6 г хлорида кадмия, 20 мл бидистилпированной воды. Время отжига 10 мин при содержании метана в метаново«. воздушной смеси 30 об.X. Условия

55 тРавления, испытания, состав элек» тролита те же, что в примерах f ° 2.

Пример 4. Состав суспеизии тот же, что в примере 2, но содержа. ние метана в метаново-воздушной смее

Пример 2. Суспензия для получения фоточувствительного слоя состоит из 149,5 г селенида кадмия, 100, 625 г теллурида кадмия и 330 1 обезвоженного хлористого кадмия.

Воды добавляют 50 мл. Время отжига

7 мин, содержание метана в метановб воздушной смеси 20 обД. Условия испытания те же, что в примере 1.

Пример 3. Суспензия для получения фоточувствительного слоя новую подложку размером 40<40 с помощью пульверизатора. После нанесения полупроводникового слоя электрод вносят в пламя газовой горелки (метаново-воздушная смесь при соотношении компонентов (в об.X) метан 15, воздух 85) . Время отжига 5 мин при

750 С (температуру контролируют с помощью термопары).

После охлаждения на асбестовом листе электрод химически травят в растворе НС1:ННО . Н О 9,7:0,3:90 в течение 5 с, затем на 30 с окунают электрод в О> 1 М KzCrO< . Промытый бйдистиллированной водой .электрод испытывают в фотоэлектрохимической ячейке с CuzS-катодом, Используют электролит состава 2И

Ма Б, 2И ИаОН и 2,6М S при мощнос-, ти солнечного излучения 75 мВт/см, Результаты испытания представлены в таблице.

„Te, „ с CuzS противоэлехтродом мощность солнечного света 75 мВт/см

1299429

35-40 раз, упрощение аппаратурного оформления, Формула и э о б р е т е н и я

Составитель В. Станьков

Редактор Г. Бельская Техред Л„Сердюкова Корректор А.Зимокосов

Заказ 6492 Тираж /46 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035„ Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Производственно-полиграфическое предприятие,. г. Ужгород, ул. Проектная, 4 си 10 об.X. Условия обработки и испытания те же что в примерах 1-3.

П р и и е р 5. Состав суспензин тот же, что в примере 2, но содержание метана в метаново-воздушной смеси 50 об.X. Условия испытания те же, что в примерах 1-4, Пример 6. Состав суспензии тот же, что в примере 3, время отжига 5 мин, содержание метана в ме- t0 таново-воздушной смеси 40 об,X.

Результаты испытаний представлены в таблице. Преимуществами предлагае- мого способа по сравнению,с прототипом являются повышение фоточувстви- t5 . тельности полупроводникового электрода, увеличение КПД в i 3 1 5 раза, снижение на 1 ч времени синтеза твер. дого раствора селенида и теллурида кадмия, уменьшение энергозатрат в 20

Способ получения фоточувствительного электрода на основе рекристаллизованных слоев твердого раствора селенида и теллурида кадмия путем синтеза твердого раствора на проводящей подложке и термообработке, о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью повышения фоточувствительности и упрощения технологического процесса, термообработку фоточувствительного электрода ведут в пламени метаново-воздушной смеси при содержании метана в смеси 15-30 об.X в течение 5-10 мин при температуре рекристаллизации твердого раствора.