RU2577174C1 - Coating for photovoltaic cell and method of making same - Google Patents
Coating for photovoltaic cell and method of making same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577174C1 RU2577174C1 RU2014151432/28A RU2014151432A RU2577174C1 RU 2577174 C1 RU2577174 C1 RU 2577174C1 RU 2014151432/28 A RU2014151432/28 A RU 2014151432/28A RU 2014151432 A RU2014151432 A RU 2014151432A RU 2577174 C1 RU2577174 C1 RU 2577174C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- coating
- carbon nanotubes
- oxide
- nanomaterials
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 51
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 38
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 8
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000005078 molybdenum compound Substances 0.000 claims description 3
- 150000002752 molybdenum compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 150000003606 tin compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 35
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 31
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 15
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 201000003728 Centronuclear myopathy Diseases 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- -1 for example Substances 0.000 description 6
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 6
- 229910001867 inorganic solvent Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003049 inorganic solvent Substances 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 4
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000005329 float glass Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 3
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 2
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 2
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000008040 ionic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N tin(ii) oxide Chemical class [Sn]=O QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010023 transfer printing Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- WBIQQQGBSDOWNP-UHFFFAOYSA-N 2-dodecylbenzenesulfonic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=C1S(O)(=O)=O WBIQQQGBSDOWNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019395 ammonium persulphate Nutrition 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 229940058905 antimony compound for treatment of leishmaniasis and trypanosomiasis Drugs 0.000 description 1
- 150000001463 antimony compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 229940060296 dodecylbenzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N formic acid Substances OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920006289 polycarbonate film Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229940100890 silver compound Drugs 0.000 description 1
- 150000003379 silver compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- NRHMKIHPTBHXPF-TUJRSCDTSA-M sodium cholate Chemical compound [Na+].C([C@H]1C[C@H]2O)[C@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@H]([C@@H](CCC([O-])=O)C)[C@@]2(C)[C@@H](O)C1 NRHMKIHPTBHXPF-TUJRSCDTSA-M 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003871 sulfonates Chemical class 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002235 transmission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-N triflic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)F ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Область изобретенияField of Invention
Изобретение относится к органической фотовольтаике в сочетании с применением наноматериалов, в частности к способу изготовления покрытия для фотовольтаической ячейки. Фотовольтаические ячейки или батарея используются для преобразования солнечной энергии в электрическую. На сегодняшний день этот способ является наиболее доступным. Кроме того, полученные высокочувствительные фотоприемники предоставляют возможность разработки конструкции и изготовления измерителей интенсивности излучения, позволяющих проводить измерения интенсивности излучения в ультрафиолетовой (УФ), видимой и в ближней инфракрасной (ИК) областях. Ввиду высокой электропроводности и низкой стоимости углеродных наноматериалов такие приборы найдут широкое применение в медицине, в экологии и сельском хозяйстве.The invention relates to organic photovoltaics in combination with the use of nanomaterials, in particular to a method for producing a coating for a photovoltaic cell. Photovoltaic cells or a battery are used to convert solar energy into electrical energy. To date, this method is the most affordable. In addition, the obtained highly sensitive photodetectors provide the opportunity to develop the design and manufacture of radiation intensity meters, allowing measurements of radiation intensity in the ultraviolet (UV), visible and near infrared (IR) regions. Due to the high electrical conductivity and low cost of carbon nanomaterials, such devices will find wide application in medicine, ecology, and agriculture.
В настоящее время основным материалом для фотоэлектрических систем является кремний. Производство кремниевых солнечных батарей составляет более 90% от общего объема фотоэнергетического производства.Currently, silicon is the main material for photovoltaic systems. The production of silicon solar cells is more than 90% of the total photovoltaic production.
Уровень техникиState of the art
На данном этапе развития индустрии производства кремния ощущается нехватка материала высокой степени чистоты для повсеместного внедрения технологии, так как общая масса получаемого кремния не превышает 20 тыс.тонн в год. Также сдерживающим фактором является высокая энергозатратность этого процесса.At this stage in the development of the silicon industry, there is a shortage of high-purity material for the widespread introduction of technology, since the total mass of silicon obtained does not exceed 20 thousand tons per year. Another limiting factor is the high energy consumption of this process.
Очевидно, существует необходимость в поиске материалов экономически выгодного и экологического производства, а также имеющих такие механические свойства, как гибкость и эластичность. В связи с этим органическая фотовольтаика в сочетании с применением наноматериалов, технология преобразования солнечного света в электричество путем применения тонких пленок органических полупроводников, нанесенных на светопрозрачное электропроводящее покрытие из углеродных наноматериалов, стала предметом активных исследований и повышенного внимания в промышленном секторе.Obviously, there is a need to look for materials that are economically viable and environmentally friendly, as well as having mechanical properties such as flexibility and elasticity. In this regard, organic photovoltaics in combination with the use of nanomaterials, the technology of converting sunlight into electricity through the use of thin films of organic semiconductors deposited on a translucent electrically conductive coating of carbon nanomaterials, has become the subject of active research and increased attention in the industrial sector.
Полупроводниковые органические полимеры в сочетании со светопрозрачными электропроводящими покрытиями на основе углеродных наноматериалов представляют особый интерес для разработки солнечных батарей нового поколения по следующим причинам:Semiconductor organic polymers in combination with translucent electrically conductive coatings based on carbon nanomaterials are of particular interest for the development of a new generation of solar cells for the following reasons:
- уникальные механические свойства полимерных веществ, позволяющие создать гибкие, прочные и одновременно высокопластичные материалы для создания солнечных батарей практически неограниченных размеров;- the unique mechanical properties of polymeric substances, allowing you to create flexible, durable and at the same time highly plastic materials to create solar panels of almost unlimited sizes;
- возможность повышения электропроводности светопропускающего покрытия за счет углеродных функционализированных наноструктур до существенно более высоких значений;- the possibility of increasing the electrical conductivity of the light-transmitting coating due to carbon functionalized nanostructures to significantly higher values;
- низкая цена материалов по сравнению с неорганическими полупроводниками при массовом химическом производстве;- low price of materials compared with inorganic semiconductors in mass chemical production;
- возможность современной химической науки и технологии синтезировать и производить полимеры с необычайно широким набором характеристик, в том числе и фотовольтаических параметров;- the ability of modern chemical science and technology to synthesize and produce polymers with an unusually wide range of characteristics, including photovoltaic parameters;
- высокая экологичность производства органических полупроводниковых полимеров методами современной химии по сравнению с производством неорганических полупроводников.- high environmental friendliness of the production of organic semiconductor polymers by modern chemistry methods in comparison with the production of inorganic semiconductors.
Углеродные наноматериалы в целом и, в частности, углеродные нанотрубки (УНТ) являются перспективным материалом для замены оксидов индия и олова (ITO), применяемых в качестве прозрачных электропроводящих покрытий для фотовольтаических ячеек, в том числе при создании гибких солнечных батарей. Покрытия на основе оксидов индия и олова не всегда могут быть использованы при создании фотовольтаических устройств нового поколения, в частности на основе органических полупроводников. Это определяется высокой стоимостью и ограниченными источниками оксида индия, хрупкой природой и плохой гибкостью ITO-слоев, высокой температурой и низким давлением (ниже атмосферного), требуемыми при нанесении этого вида покрытий. В связи с этим в последние годы УНТ-покрытия рассматриваются в качестве альтернативы ITO-покрытиям в силу их гибкости, высокой электропроводности и возможности нанесения на полимерные и стеклянные подложки различными методами [1-3].Carbon nanomaterials in general and, in particular, carbon nanotubes (CNTs) are a promising material for the replacement of indium and tin oxides (ITO) used as transparent electrically conductive coatings for photovoltaic cells, including the creation of flexible solar cells. Coatings based on indium and tin oxides cannot always be used to create photovoltaic devices of a new generation, in particular, based on organic semiconductors. This is determined by the high cost and limited sources of indium oxide, the brittle nature and poor flexibility of the ITO layers, high temperature and low pressure (below atmospheric) required when applying this type of coating. In this regard, in recent years, CNT coatings have been considered as an alternative to ITO coatings because of their flexibility, high electrical conductivity, and the possibility of applying to polymer and glass substrates by various methods [1-3].
Практика нанесения УНТ-покрытий основывается в основном на растворных технологиях, включающих: метод вакуумной фильтрации, электрофоретический метод [4], метод вращающейся подложки (spin-метод) [5], метод распыления (spray-метод) [6, 7], метод погружения (dip-метод) [8], метод струйной печати (inkjet printing) [9], нанесение покрытия с применением стержня Mayer (rod coating) [10], метод экструзии (slot die-метод) и самоорганизующийся способ (self-assembly) [11]. В последнее время развивается рулонная технология нанесения УНТ-покрытий на гибкие подложки [12].The practice of applying CNT coatings is mainly based on solution technologies, including: vacuum filtration method, electrophoretic method [4], rotating substrate method (spin method) [5], spray method (spray method) [6, 7], method immersion (dip-method) [8], inkjet printing [9], coating using a Mayer rod (rod coating) [10], extrusion method (slot die-method) and self-organizing method (self-assembly ) [eleven]. Recently, the roll technology of applying CNT coatings on flexible substrates has been developing [12].
Ведущие фирмы многих стран мира (США, Германия, Япония, Италия, Южная Корея, Тайвань, Китай) в последнее десятилетие активно проводят работы по созданию электропроводящих покрытий на полимерных и стеклянных подложках с применением углеродных нанотрубок в целях замены ITO-покрытий в электронике, а также для создания прозрачных нагревателей для транспортных средств и приборов, требующих защиты от низких температур. Для получения электропроводящих прозрачных покрытий с высокими оптоэлектронными свойствами применяют в основном чернила с одностенными углеродными нанотрубками (разной чистоты), получаемыми CVD-методом, электродуговым разрядом и методом лазерной абляции.The leading companies in many countries of the world (USA, Germany, Japan, Italy, South Korea, Taiwan, China) have been actively working in the last decade to create electrically conductive coatings on polymer and glass substrates using carbon nanotubes to replace ITO coatings in electronics, and also to create transparent heaters for vehicles and appliances requiring protection from low temperatures. To obtain electrically conductive transparent coatings with high optoelectronic properties, we mainly use inks with single-walled carbon nanotubes (of different purities) obtained by the CVD method, electric arc discharge, and laser ablation.
Из уровня техники известен метод получения проводящей пленки (патент US 8,435,595), который заключается в последовательном нанесении на поверхность субстрата удлиненных анионных частиц оксида кремния и дисперсии углеродных нанотрубок с катионным ПАВ. Длина частиц оксида кремния составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно 200 нм, а длина нанотрубок составляет от приблизительно 1 мкм до приблизительно 2 мкм. В качестве субстрата применяется стекло или другой материал с прозрачностью более 85%.The prior art method for producing a conductive film (patent US 8,435,595), which consists in sequentially applying to the surface of the substrate elongated anionic particles of silicon oxide and a dispersion of carbon nanotubes with a cationic surfactant. The length of the particles of silicon oxide is from about 100 nm to about 200 nm, and the length of the nanotubes is from about 1 μm to about 2 μm. Glass or other material with a transparency of more than 85% is used as a substrate.
Известны электропроводящие тонкие пленки из одностенных углеродных нанотрубок и метод их получения (патент US 8,425,873), позволяющий улучшить их электропроводимость и светопропускание и упростить процесс образования. Для этого смесь «металлических» (м-УНТ) и «полупроводниковых» (п-УНТ) одностенных углеродных нанотрубок диспергируется в растворе амина (первичного, вторичного, третичного или ароматического), затем дисперсия центрифугируется или фильтруется для увеличения концентрации м-УНТ и наносится с помощью аэрографа на прозрачный субстрат с образованием тонкой пленки. Далее полученная пленка обрабатывается кислотой. Углеродные нанотрубки в полученной пленке оказываются равномерно распределенными на поверхности субстрата. Толщина получаемой пленки составляет от 10 до 100 нм, светопропускание в области 400-800 нм составляет от 85 до 96%, сопротивление пленки - менее 1000 Ом/квадрат.Known electrically conductive thin films of single-walled carbon nanotubes and a method for their preparation (US patent 8,425,873), which allows to improve their electrical conductivity and light transmission and simplify the formation process. For this, a mixture of “metal” (m-CNTs) and “semiconductor” (p-CNTs) single-walled carbon nanotubes is dispersed in an amine solution (primary, secondary, tertiary or aromatic), then the dispersion is centrifuged or filtered to increase the concentration of m-CNTs and applied using an airbrush on a transparent substrate with the formation of a thin film. Next, the resulting film is treated with acid. Carbon nanotubes in the resulting film are uniformly distributed on the surface of the substrate. The thickness of the resulting film is from 10 to 100 nm, the light transmission in the region of 400-800 nm is from 85 to 96%, the film resistance is less than 1000 Ohms / square.
Известен способ получения прозрачной проводящей пленки (патент US 8,455,043). Углеродные нанотрубки диспергируются в растворителе (водный раствор изопропилового спирта), затем к дисперсии добавляется полимерное связующее (смола с ионной проводимостью или ионообменными свойствами). Концентрация углеродных нанотрубок и полимерного связующего - от 0,05 до 1 части на 100 частей дисперсии. Далее дисперсия наносится на субстрат (стекло или полимер) для получения пленки, которая обрабатывается кислотой и затем дистиллированной водой. Кислотная обработка позволяет увеличить проводимость пленки. Светопропускание пленки - не менее 80%, сопротивление - не более 1 кОм/квадрат.A known method of obtaining a transparent conductive film (patent US 8,455,043). Carbon nanotubes are dispersed in a solvent (an aqueous solution of isopropyl alcohol), then a polymer binder (resin with ionic conductivity or ion-exchange properties) is added to the dispersion. The concentration of carbon nanotubes and a polymer binder is from 0.05 to 1 part per 100 parts of the dispersion. The dispersion is then applied to a substrate (glass or polymer) to obtain a film that is treated with acid and then with distilled water. Acid treatment can increase the conductivity of the film. The light transmission of the film is not less than 80%, the resistance is not more than 1 kOhm / square.
Известны допированные углеродные нанотрубки и содержащие их прозрачные проводящие пленки (заявка US 2012/0052308 A1). Предложен метод допирования углеродных нанотрубок и содержащий углеродные нанотрубки прозрачный проводящий электрод. Метод заключается в нанесении в виде пленки одностенных углеродных нанотрубок на субстрат (подложку) из дисперсии с ПАВ. В качестве ПАВ предлагается использовать додецилсульфат натрия или холат натрия. Далее ПАВ удаляется из пленки промывкой кислотой (например, HCl или трифторметансульфокислотой), или основанием (например, NaOH, КОН или NH4OH), или органическим растворителем (например, метанолом, этанолом, хлороформом, ДМФА, N-метил-2-пирролидоном и др.), и пленка обрабатывается одноэлектронным окислителем (например, органическими соединениями сурьмы или соединениями серебра) в растворе. В результате этого один электрон переходит от одностенных углеродных нанотрубок к каждой молекуле одноэлектронного окислителя. Толщина получаемы пленок составляет от 20 до 100 нм, сопротивление - менее 1 кОм/квадрат.Doped carbon nanotubes and transparent conductive films containing them are known (application US 2012/0052308 A1). A method for doping carbon nanotubes and a transparent conductive electrode containing carbon nanotubes is proposed. The method consists in applying single-walled carbon nanotubes in the form of a film onto a substrate (substrate) from a dispersion with a surfactant. It is proposed to use sodium dodecyl sulfate or sodium cholate as a surfactant. The surfactant is then removed from the film by washing with an acid (e.g., HCl or trifluoromethanesulfonic acid), or with a base (e.g., NaOH, KOH, or NH 4 OH), or with an organic solvent (e.g., methanol, ethanol, chloroform, DMF, N-methyl-2-pyrrolidone and others), and the film is treated with a single-electron oxidizing agent (for example, organic antimony compounds or silver compounds) in solution. As a result of this, one electron transfers from single-walled carbon nanotubes to each single-electron oxidizer molecule. The thickness of the resulting films is from 20 to 100 nm, the resistance is less than 1 kΩ / square.
Известны гибридные полианилин/углерод нанокомпозиты для получения тонких, прозрачных и проводящих пленок (заявка US 2014/0065402 A1). Способ получения тонких, прозрачных и проводящих пленок заключается в полимеризации анилина в присутствии углеродных наночастиц, допирующего агента (например, пара-толуолсульфокислота, додецилбензолсульфокислота) и инициатора полимеризации (например, пероксидисульфат аммония) при ультразвуковом воздействии, образующийся композит промывается основанием и дистиллированной водой, сушится, размалывается и наносится на субстрат (подложку, например, стекло, оксид кремния, полиамиды, ПЭТ) в виде тонкой пленки. Толщина получаемой пленки менее 1,2 мкм, содержание углерода - менее 3%, прозрачность - более 80%, сопротивление - менее 100 Ом/квадрат. В качестве углеродного материала могут использоваться углеродные нанотрубки, графен, углеродные нановолокна или уголь.Hybrid polyaniline / carbon nanocomposites are known for producing thin, transparent and conductive films (application US 2014/0065402 A1). A method of producing thin, transparent and conductive films consists in the polymerization of aniline in the presence of carbon nanoparticles, a doping agent (for example, para-toluenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid) and a polymerization initiator (for example, ammonium peroxydisulfate) under ultrasonic treatment, the resulting composite is washed with a base and distilled water, dried , is ground and applied to a substrate (substrate, for example, glass, silicon oxide, polyamides, PET) in the form of a thin film. The thickness of the resulting film is less than 1.2 microns, the carbon content is less than 3%, the transparency is more than 80%, the resistance is less than 100 ohms / square. As the carbon material, carbon nanotubes, graphene, carbon nanofibres or coal can be used.
Известны прозрачные проводящие пленки с углеродными нанотрубками, чернила для получения пленок и соответствующий способ (заявка US 2014/0087164 A1). Чернила включают водный или спиртовой растворитель, углеродные нанотрубки и подходящие дополнительные компоненты, такие галогенсодержащие ионные соединения (например, триалкилоксоний гексахлорантимонат, сульфоний гексахлорантимонат, неорганические соединения типа MSbF6, где М - одновалентный катион, например, Ag+) и диспергирующие сульфосодержащие агенты, для увеличения электрической проводимости и устойчивости к осаждению. Чернила содержат от 0,025 до 2 мг/мл углеродных нанотрубок, от 0,025 до 5 мас. % диспергирующего сульфосодержащего агента и от 0,1 до 10 мг/мл галогенсодержащего ионного соединения. Чернила можно использовать для нанесения на прозрачный субстрат (стекло или полимер) для получения пленок с желаемым сопротивлением и оптической прозрачностью. Минимальное сопротивление получаемых пленок составляет 100-300 Ом/квадрат, светопропускание - более 85%, при длине волны 550 нм.Known transparent conductive films with carbon nanotubes, ink for producing films and the corresponding method (application US 2014/0087164 A1). Ink includes an aqueous or alcoholic solvent, carbon nanotubes, and suitable additional components, such as halogen-containing ionic compounds (for example, trialkyloxonium hexachlorantimonate, sulfonium hexachlorantimonate, inorganic compounds such as MSbF 6 , where M is a monovalent cation, for example, Ag + ), and dispersing agents containing sulfonates increase electrical conductivity and resistance to deposition. Inks contain from 0.025 to 2 mg / ml carbon nanotubes, from 0.025 to 5 wt. % dispersing sulfonic agent and from 0.1 to 10 mg / ml of halogen-containing ionic compounds. Ink can be used to apply to a transparent substrate (glass or polymer) to obtain films with the desired resistance and optical transparency. The minimum resistance of the resulting films is 100-300 Ohm / square, the light transmission is more than 85%, at a wavelength of 550 nm.
Известны прозрачные пленки из углеродных нанотрубок (патент US 8,822,026). Для получения прозрачных пленок из углеродных нанотрубок на поверхность субстрата наносится слой частиц диоксида кремния, который выполняет роль матрицы для дальнейшего нанесения углеродных нанотрубок. Равномерное распределение углеродных нанотрубок на поверхности достигается за счет электростатических сил. Светопропускание пленок составляет более 85%.Known transparent films of carbon nanotubes (patent US 8,822,026). To obtain transparent films of carbon nanotubes, a layer of silicon dioxide particles is deposited onto the surface of the substrate, which acts as a matrix for the further deposition of carbon nanotubes. The uniform distribution of carbon nanotubes on the surface is achieved by electrostatic forces. The light transmission of films is more than 85%.
Известна прозрачная проводящая поликарбонатная пленка, покрытая углеродными нанотрубками и сенсорная панель с ее использованием (EP 2,154,598 A2). Пленка включает прозрачный проводящий слой, полученный нанесением дисперсии углеродных нанотрубок со связующим на одной или двух сторонах пленки. Предлагается использовать полученную проводящую пленку в качестве защитной пленки в жидкокристаллических дисплеях вместо ПЭТ. Сопротивление пленки - менее 1000 Ом/квадрат, светопропускание - более 70% при длине волны 540-560 нм.A transparent conductive polycarbonate film coated with carbon nanotubes and a touch panel using it are known (EP 2,154,598 A2). The film includes a transparent conductive layer obtained by applying a dispersion of carbon nanotubes with a binder on one or two sides of the film. It is proposed to use the obtained conductive film as a protective film in liquid crystal displays instead of PET. The film resistance is less than 1000 Ohm / square, the light transmission is more than 70% at a wavelength of 540-560 nm.
Сравнительные данные, приведенные в работе [13], показывают, что лучшее сочетание светопропускания (Т, %) и поверхностного электросопротивления (R, Ом) имеют покрытия, полученные на основе УНТ, синтезированных методом разряда (при Т=90% R=102,5 Ом), лазерным методом (при Т=90% R=103,3 Ом), худшие результаты - для CVD-УНТ (при Т=90% R=104,5 Ом). Тем не менее, фирма Unidym Inc. получает пленки с применением нанотрубок, синтезированных методом CVD, которые имеют хорошие оптоэлектронные характеристики. Чистота окисленных углеродных нанотрубок (ОУНТ) также влияет на характеристики получаемых пленок. В работе [14] лучшие результаты по сочетанию Т и R получены для ОУНТ, имеющих чистоту 97%. При светопропускании 90% эти пленки имеют поверхностное электросопротивление, равное 160 Ом.Comparative data presented in [13] show that the best combination of light transmission (T,%) and surface electrical resistance (R, Ohm) are coatings based on CNTs synthesized by the discharge method (at T = 90%, R = 102, 5 Ohms), by the laser method (at T = 90% R = 103.3 Ohms), the worst results are for CVD-CNTs (at T = 90% R = 104.5 Ohms). However, Unidym Inc. receives films using nanotubes synthesized by CVD, which have good optoelectronic characteristics. The purity of oxidized carbon nanotubes (SWCNTs) also affects the characteristics of the resulting films. In [14], the best results on the combination of T and R were obtained for SWCNTs having a purity of 97%. At a light transmission of 90%, these films have a surface electrical resistance of 160 Ohms.
Краткое описание рисунковBrief Description of Drawings
Рис. 1 - Углеродные нановолокна (увеличение ×5000 и ×9000).Fig. 1 - Carbon nanofibres (magnification × 5000 and × 9000).
Рис. 2 - Углеродные нанотрубки (увеличение ×5000 и ×9000).Fig. 2 - Carbon nanotubes (magnification × 5000 and × 9000).
Рис. 3 - Углеродные нанотрубки: однослойные, 2-3-слойные и многослойные.Fig. 3 - Carbon nanotubes: single-layer, 2-3-layer and multilayer.
Рис. 4 - Углеродные наночешуйки (увеличение ×1000 и ×20000).Fig. 4 - Carbon nanoscale (magnification × 1000 and × 20,000).
Рис. 5 - Углеродные наночешуйки (увеличение ×20000).Fig. 5 - Carbon nanoscale (magnification × 20,000).
Рис. 6 - СЭМ-изображение образца покрытия УНЧ-SnO2 (увеличение ×1000).Fig. 6 is an SEM image of a ULF-SnO 2 coating sample (magnification × 1000).
Рис. 7 - АСМ-изображение образца УНЧ-SnO2 (средняя шероховатость 27,2141 нм).Fig. 7 - AFM image of a ULF-SnO 2 sample (average roughness 27.2141 nm).
Рис. 8 - РФА образцов УНМ с покрытием диоксида олова.Fig. 8 - XRD of tin dioxide coated CNM samples.
1 - УНЧ-SnO2; 2 - УНВ-SnO2; 3 - УНТ-SnO2.1 - ULF-SnO 2 ; 2 - CNF-SnO 2 ; 3 - CNT-SnO 2 .
Рис. 9 - Светопропускание образцов УНЧ-SnO2 (а) и УНВ-SnO2 (б) .Fig. 9 - Light transmission of samples of ULF-SnO 2 (a) and CNF-SnO 2 (b).
Рис. 10 - Слева показана гидрофобная, неподготовленная поверхность, справа - гидрофильная.Fig. 10 - The hydrophobic, unprepared surface is shown on the left, hydrophilic on the right.
Рис. 11 - Гидрофобная поверхность, вызывающая эффект «кофейного» пятна.Fig. 11 - Hydrophobic surface, causing the effect of "coffee" stain.
Краткое описание сущности изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Учитывая растущий интерес к изделиям фотовольтаики, а также практическое применение органических полупроводников для коммерческого использования в фотоэлектрических преобразователях, становится актуальным исследование наиболее эффективных технологий создания светопропускающих электропроводных покрытий. В научном плане это касается решения вопросов оптического поглощения света в активных слоях модуля, совершенствования качества активных слоев, что приведет к повышению КПД фотопреобразователей энергии на основе органических полупроводников.Given the growing interest in photovoltaic products, as well as the practical use of organic semiconductors for commercial use in photovoltaic converters, it becomes relevant to study the most effective technologies for creating light-transmitting electrically conductive coatings. In scientific terms, this concerns the solution of optical absorption of light in the active layers of the module, improving the quality of the active layers, which will increase the efficiency of energy photoconverters based on organic semiconductors.
Задачей настоящего изобретения является создание покрытия для фотовольтаической ячейки с низким электросопротивлением при относительно высоком светопропускании.An object of the present invention is to provide a coating for a photovoltaic cell with low electrical resistance with relatively high light transmission.
Технический результат заключается в расширении арсенала покрытий для фотоальтаической ячейки, обеспечивающий высокие функциональные возможности и широкие перспективы использования.The technical result consists in expanding the arsenal of coatings for the photoaltic cell, providing high functionality and broad prospects for use.
Поставленная задача решается тем, что полученное покрытие для фотовольтаической ячейки выполнено в виде слоев толщиной 10-100 нм из углеродных наноматериалов и оксида олова (IV). Покрытие состоит из подложки, слоя из УНМ и слоя, содержащего оксид олова (IV). В качестве подложки используют светопропускающие материалы, например, флоат-стекло, полимерные пленки, слюду и др.The problem is solved in that the obtained coating for the photovoltaic cell is made in the form of layers 10-100 nm thick of carbon nanomaterials and tin (IV) oxide. The coating consists of a substrate, a layer of CNM and a layer containing tin (IV) oxide. Light-transmitting materials, for example, float glass, polymer films, mica, etc., are used as a substrate.
В качестве углеродных наноматериалов применяют углеродные нанотрубки или углеродные наночешуйки или углеродные нановолокна.As carbon nanomaterials, carbon nanotubes or carbon nanoscales or carbon nanofibers are used.
Нанотрубки и нановолокна могут быть получены путем газофазного синтеза на катализаторах, содержащих соединения кобальта и молибдена.Nanotubes and nanofibers can be obtained by gas-phase synthesis on catalysts containing cobalt and molybdenum compounds.
Наночешуйки могут быть получены путем газофазного синтеза на катализаторах, содержащих соединения магния.Nanoscales can be obtained by gas phase synthesis on catalysts containing magnesium compounds.
Слой из углеродных наноматериалов получают путем аэрозольного напыления или путем центрифугирования из суспензии соответствующего наноуглеродного материала.A layer of carbon nanomaterials is obtained by aerosol spraying or by centrifugation from a suspension of the corresponding nanocarbon material.
Заявленный способ изготовления покрытия включает приготовление суспензии, состоящей из углеродных наноматериалов с добавлением полимерного связующего или без добавления полимерного связующего, и органического или неорганического растворителя; диспергирование приготовленной суспензии с помощью ультразвука или другим известным способом; нанесение диспергированной суспензии, состоящей из углеродных наноматериалов, полимерного связующего или без полимерного связующего, органического или неорганического растворителя, на подготовленную подложку путем аэорозольного напыления, центрифугирования или другим известным методом, сушку слоя из углеродных наноматериалов, полимерного связующего или без полимерного связующего, органического или неорганического растворителя, в инертной атмосфере или под вакуумом; нанесение слоя, содержащего оксид олова (IV). При этом слой, содержащий оксид олова (IV), наносится путем магнетронного распыления или путем аэрозольного распыления подготовленной суспензии, состоящей из органических соединений олова, с последующей термической обработкой в кислородсодержащей среде.The claimed method of manufacturing a coating includes preparing a suspension consisting of carbon nanomaterials with or without a polymer binder and a polymer binder, and an organic or inorganic solvent; dispersing the prepared suspension using ultrasound or another known method; applying a dispersed suspension consisting of carbon nanomaterials, a polymeric binder with or without a polymeric binder, an organic or inorganic solvent, to the prepared substrate by aerosol spraying, centrifugation, or another known method, drying a layer of carbon nanomaterials, a polymeric binder or without a polymeric binder, organic or inorganic solvent, in an inert atmosphere or under vacuum; application of a layer containing tin (IV) oxide. In this case, a layer containing tin (IV) oxide is deposited by magnetron sputtering or by aerosol spraying of a prepared suspension consisting of organic tin compounds, followed by heat treatment in an oxygen-containing medium.
Способ позволяет получить слой толщиной 10-100 нм, предпочтительно 50 нм, с коэффициентом светопропускания в видимой спектральной области 90-96% и удельным сопротивлением от 325 Ом/квадрат для УНЧ-SnO2 до 86 Ом/квадрат для УНТ-SnO2.The method allows to obtain a layer with a thickness of 10-100 nm, preferably 50 nm, with a transmittance in the visible spectral range of 90-96% and a specific resistance of 325 Ohm / square for ULF-SnO 2 to 86 Ohm / square for CNT-SnO 2 .
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
В данной работе методом транспорта аэрозолем проводили осаждение покрытий различных углеродных наноматериалов собственного изготовления на стеклянную подложку. Перед нанесением из углеродных наноматериалов готовили суспензии. Приготовление суспензии, состоящей из углеродных наноматериалов с добавлением полимерного связующего или без добавления полимерного связующего, и органического или неорганического растворителя; диспергирование приготовленной суспензии с помощью ультразвука или другим известным способом; нанесение диспергированной суспензии, состоящей из углеродных наноматериалов, полимерного связующего или без полимерного связующего, органического или неорганического растворителя, на подготовленную подложку путем аэрозольного напыления, центрифугирования или другим известным методом. Слои углеродных наноструктур наносили на стеклянные подложки 10×10 мм, в качестве дополнительных образцов-свидетелей использовали пластины из полированного кремния. Суспензии, содержащие углеродные наноматериалы, выдерживали в ультразвуковой ванне в течение 30 мин и помещали в камеру генератора аэрозоля непосредственно перед нанесением.In this work, aerosol transport was used to deposit coatings of various carbon nanomaterials of our own manufacture on a glass substrate. Before applying from carbon nanomaterials, suspensions were prepared. Preparation of a suspension consisting of carbon nanomaterials with or without a polymeric binder and a polymeric binder and an organic or inorganic solvent; dispersing the prepared suspension using ultrasound or another known method; applying a dispersed suspension consisting of carbon nanomaterials, a polymeric binder or without a polymeric binder, an organic or inorganic solvent, on the prepared substrate by aerosol spraying, centrifugation or other known method. Layers of carbon nanostructures were deposited on
После проведения процесса нанесения углеродных наноматериалов методом транспорта аэрозолем все образцы были изучены с помощью комплекса методов физико-химического анализа (оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, спектроскопия пропускания, рентгенофазовый анализ, поверхностное электросопротивление).After the process of applying carbon nanomaterials by aerosol transport, all samples were studied using a set of methods of physicochemical analysis (optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission spectroscopy, x-ray phase analysis, surface electrical resistance).
Использовали следующие углеродные наноматериалы: углеродные нановолокна (УНВ), углеродные нанотрубки (УНТ), углеродные наночешуйки (УНЧ). Основные технические характеристики углеродных наноматериалов, используемых в работе приведены ниже.The following carbon nanomaterials were used: carbon nanofibers (CNFs), carbon nanotubes (CNTs), carbon nanoflakes (ULFs). The main technical characteristics of carbon nanomaterials used in the work are given below.
1. Углеродные нановолокна (УНВ):1. Carbon nanofibers (UNV):
- удельная поверхность от 50 до 100 м2/г;- specific surface area from 50 to 100 m 2 / g;
- удельное электросопротивление: 0,06-0,08 Ом·см;- electrical resistivity: 0.06-0.08 Ohm · cm;
- насыпная масса 0,15-0,25 г/см3;- bulk density of 0.15-0.25 g / cm 3 ;
- химический состав: C>85%, O 1-6%, Cl<1%, Fe<10%;- chemical composition: C> 85%, O 1-6%, Cl <1%, Fe <10%;
- зольность менее 5%.- ash less than 5%.
2. Углеродные нанотрубки (УНТ):2. Carbon nanotubes (CNTs):
- удельная поверхность от 250 до 1500 м2/г;- specific surface area from 250 to 1500 m 2 / g;
- удельное электросопротивление 0,04-0,06 Ом·см;- electrical resistivity of 0.04-0.06 Ohm · cm;
- насыпная масса 0,12-0,2 г/см3;- bulk density of 0.12-0.2 g / cm 3 ;
- химический состав:- chemical composition:
C>90%, O 1-6%, Cl<1%, Co<5%, Mo<1%;C> 90%, O 1-6%, Cl <1%, Co <5%, Mo <1%;
- зольность менее 0,5%.- ash less than 0.5%.
3. Углеродные наночешуйки (УНЧ):3. Carbon nanoscale (ULF):
- удельная поверхность >1800 м2/г;- specific surface> 1800 m 2 / g;
- удельное электросопротивление 0,04-0,06 Ом·см;- electrical resistivity of 0.04-0.06 Ohm · cm;
- насыпная масса 0,12-0,2 г/см3;- bulk density of 0.12-0.2 g / cm 3 ;
- химический состав: C>95%, O 1-5%, Cl<0,5%;- chemical composition: C> 95%, O 1-5%, Cl <0.5%;
- зольность менее 0,5%.- ash less than 0.5%.
Полученные слои углеродных наноматериалов на поверхности флоат-стекла имеют слишком большое электросопротивление, поэтому необходимо нанесение слоя, содержащего оксид олова (IV) для снижения электросопротивления покрытия. Перед его нанесением производят сушку слоя, состоящего из углеродных наноматериалов, полимерного связующего или без полимерного связующего, органического или неорганического растворителя, в инертной атмосфере или под вакуумом. На подготовленное покрытие наносят дополнительный электропроводящий слой, содержащий оксида олова (IV) методом химического парофазного осаждения при атмосферном давлении (APCVD). Получены покрытия с использованием УНЧ, УНВ и УНТ и оксида олова (IV).The obtained layers of carbon nanomaterials on the surface of the float glass have too much electrical resistance, so it is necessary to apply a layer containing tin (IV) oxide to reduce the electrical resistance of the coating. Before applying it, the layer is dried, consisting of carbon nanomaterials, a polymeric binder or without a polymeric binder, an organic or inorganic solvent, in an inert atmosphere or under vacuum. An additional electrically conductive layer containing tin (IV) oxide is applied to the prepared coating by chemical vapor deposition at atmospheric pressure (APCVD). Coatings were obtained using ULF, CNF, and CNTs and tin (IV) oxide.
Пример изготовления покрытия для фотовольтаической ячейкиAn example of the manufacture of coatings for photovoltaic cells
В целом процесс можно разделить на три составляющие:In general, the process can be divided into three components:
1. Подготовка подложек;1. Preparation of substrates;
2. Диспергирование растворов;2. Dispersion of solutions;
3. Нанесение слоев.3. Application of layers.
Изготовление производится в помещениях с классом чистоты 1000, так как пыль вызывает мертвые зоны покрытия.Manufacturing is carried out in rooms with a cleanliness class of 1000, since dust causes dead zones.
1. Подготовка подложек1. Preparation of substrates
1.1. Обработка поверхности подложек1.1. Substrate Surface Treatment
Выдвигается ряд требований к поверхности подложек, в частности микронеровности не должны превышать значений 10 нм. Это достигается путем полировки и доводки на специальных суспензиях на основе окиси хрома, алюминия и пр. а также спец. хим. обработкой. При нанесении покрытий из УНМ следует использовать флоат-стекло, предварительно покрытое слоем SiO2 для предотвращения диффузии щелочноземельных металлов.A number of demands are made on the surface of substrates, in particular, microroughnesses should not exceed 10 nm. This is achieved by polishing and finishing on special suspensions based on chromium oxide, aluminum, etc., as well as special. Chem. processing. When coating from CNMs, float glass previously coated with a layer of SiO 2 should be used to prevent the diffusion of alkaline earth metals.
Для улучшения адгезии слоев УНМ к стеклянной подложке, кроме сглаживания микронеровностей требуется специальная подготовка поверхности. Стандартной практикой является УФ-озоновая или плазмохимическая подготовка, последняя показывает наилучшие результаты, главная особенность - создание гидрофильной поверхности, эффект показан на рис. 10. Слева гидрофобная, неподготовленная поверхность, справа гидрофильная. Гидрофобная поверхность вызывает эффект «кофейного» пятна, когда идет неравномерное закрепления слоя, оставляющее следы на поверхности (рис. 11).To improve the adhesion of CNM layers to a glass substrate, in addition to smoothing microroughnesses, special surface preparation is required. UV ozone or plasmochemical preparation is standard practice, the latter shows the best results, the main feature is the creation of a hydrophilic surface, the effect is shown in Fig. 10. On the left is a hydrophobic, unprepared surface, on the right is hydrophilic. The hydrophobic surface causes the effect of a “coffee” stain when the layer is unevenly fixed, leaving traces on the surface (Fig. 11).
Очистка подложек от основных загрязнений происходит при последовательной обработке подложек в щелочном растворе, ацетоне, изопропиловом спирте (УЗ-ванны), и отмывке в деионизированной воде.The substrates are cleaned of the main contaminants by sequential processing of the substrates in an alkaline solution, acetone, isopropyl alcohol (ultrasonic baths), and washing in deionized water.
Оборудование: УЗ-Ванна, шкаф с вытяжкой, сушильный шкаф, электроплитка.Equipment: UZ-Bath, cabinet with hood, drying cabinet, electric stove.
Материалы: Щелочной раствор (Hellmanex III); деионизированная вода, изопропиловый спирт, ацетон (практикуется замена на метанол).Materials: Alkaline solution (Hellmanex III); deionized water, isopropyl alcohol, acetone (methanol substitution is practiced).
Оснастка: Ракель для подложек, пинцет, лабораторная посуда для растворов.Accessories: Squeegee for substrates, tweezers, laboratory glassware for solutions.
Операционные переходы:Operational Transitions:
1.2. Грубая отмывка1.2. Coarse washing
- Загрузить очищаемые подложки в ракель.- Load the cleaned substrates into the squeegee.
- Приготовить 10% щелочной раствор с Hellmanex III и деионизированной водой, порядка 350 мл (на 10 подложек). Нагреть до 90°C.- Prepare a 10% alkaline solution with Hellmanex III and deionized water, about 350 ml (on 10 substrates). Heat to 90 ° C.
- Подготовить два сосуда емкостью 150-200 мл с деионизированной водой.- Prepare two vessels with a capacity of 150-200 ml with deionized water.
- Поместить ракель в сосуд для УЗ-обработки, залить ракель приготовленным раствором.- Place the squeegee in the vessel for ultrasound treatment, pour the squeegee with the prepared solution.
- Произвести УЗ-обработку в течение 5 минут.- Perform ultrasound treatment within 5 minutes.
- Поместить пинцетом по одной подложке последовательно в 2 сосуда с деионизированной водой (в первом - смытие остатков, во втором - окончательное промывание водой).- Place tweezers on one substrate in series in 2 vessels with deionized water (in the first - washing off the residues, in the second - final washing with water).
- Просушить подложки в шкафу.- Dry the substrate in the cabinet.
1.3. Очистка от органических загрязнений1.3. Organic pollution removal
- Приготовить сосуды с изопропиловым спиртом и ацетоном.- Prepare vessels with isopropyl alcohol and acetone.
- Загрузить в ракель подложки; поместить их в сосуд с раствором ацетона.- Load into the squeegee substrate; place them in a vessel with acetone solution.
- Произвести УЗ-обработку в течение 5 минут.- Perform ultrasound treatment within 5 minutes.
- Просушить подложки в азотном шкафу.- Dry the substrates in a nitrogen cabinet.
- Загрузить подложки в ракель. Поместить в изопропиловый спирт.- Load the substrate into the squeegee. Put in isopropyl alcohol.
- Произвести УЗ-обработку в течение 5 минут.- Perform ultrasound treatment within 5 minutes.
- Просушить подложки в токе азота.- Dry the substrate in a stream of nitrogen.
- Сушка осуществляется в токе азота для предотвращения насыщения поверхности влагой и сорбции кислорода O2 из воздуха.- Drying is carried out in a stream of nitrogen to prevent saturation of the surface with moisture and sorption of oxygen O 2 from the air.
Далее идет финальная подготовка путем засветки ультрафиолетом (предпочтительно) или плазмохимической обработкой. При использовании рулонной и струйно-печатной технологий на полимерных подложках присутствует операция прохождения гибких подложек PET под воздействие глубокого УФ-С (дальний) излучения.Next is the final preparation by exposure to ultraviolet light (preferably) or by plasma-chemical treatment. When using roll and inkjet printing technologies on polymer substrates, there is the operation of passing flexible PET substrates under the influence of deep UV-C (far) radiation.
2. Диспергирование растворов2. Dispersion of solutions
Диспергирование и подготовка подразумевает под собой создание растворов, способных равномерно покрыть подложку при контролируемых параметрах нанесения. Соответственно, раствор должен обладать максимальной диспергацией (учитывая требуемую толщину, концентрацию для контроля испарения растворителя при центрифугировании или распылении). Кроме того, раствор должен отвечать требованиям по чистоте и особенно по неорганическим включениям, которые опять же снижают эффективность и являются дефектами.Dispersion and preparation implies the creation of solutions capable of uniformly coating the substrate with controlled application parameters. Accordingly, the solution should have maximum dispersion (given the required thickness, concentration to control the evaporation of the solvent during centrifugation or spraying). In addition, the solution must meet the requirements for purity and especially for inorganic inclusions, which again reduce the effectiveness and are defects.
Требования к чистоте растворителей: основное вещество - 99,999%, т.е. марка ОСЧ.Solvent purity requirements: basic substance - 99.999%, i.e. brand OCh.
Сосуды: темностекольные янтарные склянки (для предотвращения влияния света).Vessels: dark glass amber flasks (to prevent the influence of light).
Промывка - деионизированной водой.Flushing - with deionized water.
После соблюдения вышеописанных моментов процесс подготовки выглядит так:After observing the above points, the preparation process looks like this:
- Исходные растворы - УНМ в абсолютированном спирте (чистота не менее 99,7%) - следует проверить на содержание металлов.- Stock solutions - CNM in absolute alcohol (purity not less than 99.7%) - should be checked for metal content.
- Полимеры в растворе 100% муравьиной и трифторуксусной кислоты (производство Acrosa organics), чистота полимеров, как заверяют в ИНЭОСЕ максимальная, так как металлические катализаторы не используются.- Polymers in a solution of 100% formic and trifluoroacetic acid (manufactured by Acrosa organics), the purity of the polymers, as assured by INEOS, is maximum, since metal catalysts are not used.
- Диспергирование - 30 мин в УЗ-ванне перед нанесением аэрозолем или центрифугированием.- Dispersion - 30 minutes in an ultrasonic bath before spray application or centrifugation.
3. Нанесение (схема процесса):3. Application (process diagram):
- Предварительная обработка для получения дисперсий+отстаивание.- Pre-treatment to obtain dispersions + sedimentation.
- Промывка, подготовка сосудов и растворителей.- Flushing, preparation of vessels and solvents.
- Создание растворов (требуются единицы миллиграмм).- Creation of solutions (units of milligram are required).
- Смешивание в УЗ (от 30 мин до 1 ч).- Mixing in ultrasound (from 30 minutes to 1 hour).
- Дополнительная фильтрация перед нанесением (Для УНМ не требуется).- Additional filtration before application (for CNM is not required).
- Нанесение слоев.- Drawing layers.
ЦентрифугированиеCentrifugation
Получение высококачественного электропроводящего светопрозрачного слоя УНМ толщиной около 40-100 нм нанесение необходимо производить на оборотах до 4000 об/мин в течение 30 секунд или 1000 об/мин в течение от одной до нескольких минут. Чтобы свести к минимуму использование материала, это может быть сделано с помощью пипетки с 2-3 мкл раствора на середину подготовленной подложки. Расход материала, как правило, на очень низком уровне около 10%.Obtaining a high-quality electrically conductive translucent layer of a CNM with a thickness of about 40-100 nm, the application must be performed at revolutions of up to 4000 rpm for 30 seconds or 1000 rpm for one to several minutes. To minimize material use, this can be done using a pipette with 2-3 μl of the solution in the middle of the prepared substrate. Material consumption is usually at a very low level of about 10%.
Активный слой может быть нанесен либо на воздухе, либо в перчаточном боксе с инертной атмосферой (предпочтительно) при условии, что время экспозиции и уровень освещенности сводится к минимуму. Покрытие в боксе с инертной средой обеспечивает более контролируемые условия и предотвращает насыщение раствора влагой и кислородом, особенно при высыхании раствора и повышении его вязкости в конце процесса центрифугирования. Работа в боксе и вовсе предотвратит попадание пыли.The active layer can be applied either in air or in an inert atmosphere glove box (preferably), provided that the exposure time and light level are minimized. The coating in an inert box provides more controlled conditions and prevents the solution from being saturated with moisture and oxygen, especially when the solution dries and its viscosity increases at the end of the centrifugation process. Work in boxing will prevent dust from entering.
Крепление образцов осуществляется либо «утапливанием» в ложе на плите держателе, либо на адгезивной ленте. Адгезивная лента оставляет следы клея на стекле, поэтому годится только на испытаниях по подбору режимов на требуемую морфологию и толщину. Далее нужно сделать ложе в держателе и дошлифовать все имеющиеся подложки под размер ложа в допусках 0,2 мм.The samples are fastened either by “recessing” in the bed on the holder plate, or on an adhesive tape. The adhesive tape leaves traces of glue on the glass, therefore it is suitable only for testing to select the modes for the required morphology and thickness. Next, you need to make a bed in the holder and grind all the available substrates to the size of the bed in tolerances of 0.2 mm.
Оборудование: центрифуга, сушильный шкаф.Equipment: centrifuge, oven.
Материалы: очищенные подложки, диспергированные растворы, ПВХ клейкая лента.Materials: peeled substrates, dispersed solutions, PVC adhesive tape.
Оснастка: Пинцет, пипетка «на полный слив», шприц стеклянный или полипропиленовый без резины, 0,45 мкм ПВДФ фильтр для шприца (мембранный), янтарная склянка.Accessories: Tweezers, a “full drain” pipette, a glass or polypropylene syringe without rubber, 0.45 μm PVDF syringe filter (membrane), amber bottle.
Операционные переходы:Operational Transitions:
- Набрать полученный раствор 2-3 мкл в шприц, пропустить раствор через фильтр 0,45 мкм PTFE, в янтарную склянку (для полимеров).- Pour the resulting solution 2-3 μl into the syringe, pass the solution through a 0.45 μm PTFE filter into an amber bottle (for polymers).
- Наклеить на центр плиты держателя центрифуги клейкую ленту ПВХ (если используется).- Stick on the center of the plate of the centrifuge holder the PVC adhesive tape (if used).
- Закрепить подготовленную подложку на клейкой ленте или разъеме.- Fasten the prepared substrate to the adhesive tape or connector.
- Слить содержимое шприца на подложку.- Drain the contents of the syringe onto a substrate.
- Напустить азот в закрытую центрифугу. Провести центрифугирование по соответствующему режиму.- Fill nitrogen into a closed centrifuge. Centrifuge according to the appropriate mode.
- Закрыть подачу азота, извлечь подложку с нанесенным «сырым» слоем.- Close the nitrogen supply, remove the substrate with the applied “wet” layer.
- Сушить в вакуумном шкафу 15 минут при 150°C (или при 225°C при очень медленном остывании, примерно 30 минут, используется при последующих работах второго этапа).- Dry in a vacuum oven for 15 minutes at 150 ° C (or at 225 ° C with very slow cooling, about 30 minutes, used in subsequent work of the second stage).
Аэрозольное нанесениеAerosol application
Аэрозольное нанесение представляет собой метод, применимый для подложек больших площадей, поэтому в первую очередь он должен обеспечивать равномерность покрытия. На это, в свою очередь, влияют: вязкость раствора, давление газа, вид газа, диаметр сопла, расстояние до подложки, температура подложки.Aerosol application is a method applicable to substrates of large areas, therefore, first of all, it should ensure uniformity of coating. This, in turn, is affected by: solution viscosity, gas pressure, type of gas, nozzle diameter, distance to the substrate, temperature of the substrate.
Для достижения необходимой вязкости и степени диспергирования является использование растворов, содержащих полимерные диспергаторы Solsperse 46000 (1,5 мас. %) (Lubrizol), и смачивающих агентов Byk 348 (0,2 мас. %). Это позволяет пропускать растворы через 0,45 мкм ПВДФ фильтры. Вязкость используемых чернил 1-7 сР.To achieve the desired viscosity and degree of dispersion is the use of solutions containing Solsperse 46000 polymer dispersants (1.5 wt.%) (Lubrizol), and Byk 348 wetting agents (0.2 wt.%). This allows solutions to pass through 0.45 μm PVDF filters. The viscosity of the used ink is 1-7 cP.
Размер сопел разнится от единиц до десятков микрон для аэрозольной печати.The nozzle size varies from units to tens of microns for aerosol printing.
Расстояние колеблется от сотен микрон до миллиметров, также играет значение частота пульсации, которая идет в порядках периодов 1-5 мкс.The distance varies from hundreds of microns to millimeters, the ripple frequency also plays a role, which goes in the order of periods of 1-5 μs.
Наиболее распространенная система Fujifilm-Dimatix. Размер сопел - 22 мкм, расстояние - 250 мкм, размер капель - 20 микрон, распыление на капли с объемом одной капли порядка пикалитров, с плотность капель 500-600 точек на 1 см2.The most common Fujifilm-Dimatix system. The size of the nozzles is 22 microns, the distance is 250 microns, the size of the droplets is 20 microns, spraying onto droplets with a volume of one droplet is of the order of picaliters, with a droplet density of 500-600 dots per 1 cm 2 .
Температура подложек подбирается из диапазона 70-150°C.The temperature of the substrates is selected from the range of 70-150 ° C.
Газ-азот, для предотвращения насыщения дисперсии кислородом.Nitrogen gas to prevent saturation of the dispersion with oxygen.
Для снижения электросопротивления покрытия наносят дополнительный слой, содержащий оксида олова (IV), методом химического парофазного осаждения при атмосферном давлении (APCVD) с последующей термической обработкой в кислород содержащей среде. Таким образом, получены покрытия с использованием УНЧ, УНВ и УНТ и оксида олова (IV).To reduce the electrical resistance of the coating, an additional layer containing tin (IV) oxide is applied by chemical vapor deposition at atmospheric pressure (APCVD), followed by heat treatment in an oxygen-containing medium. Thus, coatings were obtained using ULF, CNF, and CNTs and tin (IV) oxide.
По данным сканирующей электронной микроскопии (рис. 6) на поверхности всех образцов УНЧ образовалось покрытие с оксидом олова (IV), состоящего из хорошо ограненных частиц размером от 150 до 300 нм. На всех полученных образцах покрытий наблюдаются пустоты, в то время как на образце-свидетеле (образец без покрытия наноуглеродными материалами - УНМ) можно наблюдать равномерное сплошное покрытие.According to scanning electron microscopy (Fig. 6), a coating with tin (IV) oxide consisting of well-faceted particles ranging in size from 150 to 300 nm was formed on the surface of all ULF samples. Voids are observed on all obtained coating samples, while a uniform continuous coating can be observed on the witness sample (the sample without coating with nanocarbon materials - CNM).
На поверхности образцов покрытий на основе УНВ-SnO2 наблюдается поликристаллическое покрытие с оксидом олова (IV), целиком закрывающее предыдущий слой углеродных наноструктур. Однако в покрытии наблюдаются разрывы, а образец-свидетель, также как и в случае с УНЧ, имеет сплошное покрытие оксидом олова (IV).A polycrystalline coating with tin (IV) oxide is observed on the surface of coating samples based on CNF-SnO 2 , which completely covers the previous layer of carbon nanostructures. However, gaps are observed in the coating, and the witness sample, like in the case of ULF, has a continuous coating with tin (IV) oxide.
Атомно-силовая микроскопия (рис. 7) в целом подтверждает результаты сканирующей электронной микроскопии, средняя шероховатость полученных покрытий составляет примерно 25-27 нм.Atomic force microscopy (Fig. 7) generally confirms the results of scanning electron microscopy; the average roughness of the resulting coatings is about 25-27 nm.
Согласно данным рентгеновской дифракции (рис. 8) на всех изученных образцах синтезировано покрытие оксид олова (IV), по количеству и положению рефлексов соответствующее касситериту (ICDD 41-1445).According to X-ray diffraction data (Fig. 8), tin (IV) oxide coating was synthesized on all the studied samples, corresponding to cassiterite in the number and position of reflections (ICDD 41-1445).
Спектроскопия образца с покрытием УНЧ-SnO2 показывает увеличение поглощения в области ближнего УФ- и видимого диапазонов спектра, а также в ближнем ИК-диапазоне спектра вплоть до 800 нм, далее светопропускание становится аналогичным светопропусканию образца до нанесения диоксида олова и составляет 75%. Аналогичный характер имеет и спектр образца УНВ-SnO2, при этом максимальное светопропускание 90%, соответствующее образцу без покрытия SnO2, достигается только при 1100 нм.Spectroscopy of a sample with a ULF-SnO 2 coating shows an increase in absorption in the region of the near UV and visible spectral ranges, as well as in the near IR spectral range up to 800 nm, then the light transmission becomes similar to the light transmission of the sample before tin dioxide deposition and is 75%. The spectrum of the CNF-SnO 2 sample is of a similar nature, with a maximum transmittance of 90% corresponding to a sample without SnO 2 coating being achieved only at 1100 nm.
Данные по светопропусканию (рис. 9) при 550 нм (соответствует максимуму в спектре солнечного излучения) представлены в табл. 1.Data on light transmission (Fig. 9) at 550 nm (corresponds to the maximum in the spectrum of solar radiation) are presented in Table. one.
Таблица 1 иллюстрирует высокое светопропускание изготовленных образцов с электропроводящим покрытием из УНМ.Table 1 illustrates the high light transmission of manufactured samples with an electrically conductive coating of CNM.
Результаты измерения поверхностного электросопротивления образцов с покрытием из оксида олова (IV) представлены в табл. 2. Наименьшим электросопротивлением обладает образец УНТ-SnO2.The results of measuring the surface electrical resistance of the samples coated with tin (IV) oxide are presented in table. 2. The lowest electrical resistance has a sample of CNT-SnO 2 .
Таким образом, удалось получить покрытие для фотовольтаической ячейки с очень низким электросопротивлением с сохранением высокой степени светопропускания. При этом наименьшим электросопротивлением (86 Ом/квадрат) обладает образец, изготовленный при нанесении слоя с оксидом олова (IV) на стекло со слоем углеродных нанотрубок, нанесенных из предварительно подготовленной суспензии УНТ.Thus, it was possible to obtain a coating for a photovoltaic cell with a very low electrical resistance while maintaining a high degree of light transmission. In this case, the smallest electrical resistance (86 Ohm / square) has a sample made by applying a layer of tin (IV) oxide on glass with a layer of carbon nanotubes deposited from a previously prepared suspension of CNTs.
Покрытие с низким электросопротивлением позволяет расширить арсенал покрытий для фотоальтаической ячейки, обеспечивает высокие функциональные возможности и широкие перспективы его использования.The coating with low electrical resistance allows you to expand the arsenal of coatings for the photoaltic cell, provides high functionality and wide prospects for its use.
Такое покрытие используют в производстве солнечных батарей, а на его основе могут быть разработаны и изготовлены измерители интенсивности излучения, которые позволят проводить измерения интенсивности излучения в ультрафиолетовой (УФ), видимой и в ближней инфракрасной (ИК) областях. Ввиду высокой электропроводности и низкой стоимости углеродных наноматериалов, покрытия, изготовленные на их основе, найдут широкое применение в медицине, в экологии и сельском хозяйстве.Such a coating is used in the manufacture of solar cells, and on its basis radiation intensity meters can be developed and manufactured that will allow measurements of radiation intensity in the ultraviolet (UV), visible and near infrared (IR) regions. Due to the high electrical conductivity and low cost of carbon nanomaterials, coatings made on their basis will be widely used in medicine, ecology, and agriculture.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY
1. Wu Z.C., Chen Z.H., Du X et al. Transparent, conductive carbon nanotube films // Science. 2004. 305. P. 1273-1276.1. Wu Z.C., Chen Z.H., Du X et al. Transparent, conductive carbon nanotube films // Science. 2004.305. P. 1273-1276.
2. Rahy A., Bajaj P., Musselman I.H. et al. Coating of carbon nanotubes on flexible substrate and its adhesion study // Appl. Surf. Sci. 2009. V. 255. N 15. P. 7084-7089.2. Rahy A., Bajaj P., Musselman I.H. et al. Coating of carbon nanotubes on flexible substrate and its adhesion study // Appl. Surf Sci. 2009. V. 255. N 15. P. 7084-7089.
3. Hecht D.S., Hu L.В., Irvin G. Emerging transparent electrodes based on thin films of carbon nanotubes, graphene, and metallic nanostructures // Adv. Mater. 2011. N 3(13). P. 482-513.3. Hecht D.S., Hu L. B., Irvin G. Emerging transparent electrodes based on thin films of carbon nanotubes, graphene, and metallic nanostructures // Adv. Mater. 2011. N 3 (13). P. 482-513.
4. Wang Q., Moriyama H. Carbon Nanotubes. Synthesis Characterization Applications: online ed. / ed. S. Yellampalli. Vienna, 2011.4. Wang Q., Moriyama H. Carbon Nanotubes. Synthesis Characterization Applications: online ed. / ed. S. Yellampalli. Vienna, 2011.
5. Meitl M.A., Zhou Y., Gaur A. et al. Solution casting and transfer printing single-walled carbon nanotube films // Nano Lett. 2004. N 4(9). P. 1643-1647.5. Meitl M.A., Zhou Y., Gaur A. et al. Solution casting and transfer printing single-walled carbon nanotube films // Nano Lett. 2004. N 4 (9). P. 1643-1647.
6. Geng H.Z., Kim К.K., So K.P. et al. Effect of acid treatment on carbon nanotube-based flexible transparent conducting films // J. Am. Chem. Soc. 2007. V. 129. N25. P. 7758-7759.6. Geng H.Z., Kim K.K., So K.P. et al. Effect of acid treatment on carbon nanotube-based flexible transparent conducting films // J. Am. Chem. Soc. 2007. V. 129. N25. P. 7758-7759.
7. Abdelhalim A., Abdellah A., Scarpa G., Lugli P. Fabrication of carbon nanotube thin films on flexible substrates by spray deposition and transfer printing // Carbon. 2013. V. 61. P. 72.7. Abdelhalim A., Abdellah A., Scarpa G., Lugli P. Fabrication of carbon nanotube thin films on flexible substrates by spray deposition and transfer printing // Carbon. 2013. V. 61. P. 72.
8. Mirri F., Ma A. W. K., Hsu T.T. et al. High performance carbon nanotube transparent conductive films by scalable dip coating // ACS Nano. 2012. N 6(11). P. 9737-9744.8. Mirri F., Ma A. W. K., Hsu T.T. et al. High performance carbon nanotube transparent conductive films by scalable dip coating // ACS Nano. 2012. N 6 (11). P. 9737-9744.
9. Beecher P., Servati P., Rozhin A. et al. Inkjet printing of carbon nanotube thin film transistors // J. Appl. Phys. 2007. V. 102. N 4. P. 043710-043717.9. Beecher P., Servati P., Rozhin A. et al. Inkjet printing of carbon nanotube thin film transistors // J. Appl. Phys. 2007. V. 102.
10. Mei X.G., Ouyang J.Y. Highly conductive and transparent single-walled carbon nanotube thin films fabricated by gel coating // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. N44. P. 17842-7849.10. Mei X.G., Ouyang J.Y. Highly conductive and transparent single-walled carbon nanotube thin films fabricated by gel coating // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. N44. P. 17842-7849.
11. Simmons T.J., Maeda N., Miao J. et al. Self-assembly of carbon nanotube films from room temperature ionic liquids // Carbon. 2013. V. 58. P. 226-231.11. Simmons T.J., Maeda N., Miao J. et al. Self-assembly of carbon nanotube films from room temperature ionic liquids // Carbon. 2013. V. 58. P. 226-231.
12. Unidym: Flexible and printable transparent carbon nanotube films for device applications // IWFPE, 2009.12. Unidym: Flexible and printable transparent carbon nanotube films for device applications // IWFPE, 2009.
13. Park Y.В., Gruner G., Gand I., Drzaic P. Integration of Carbon Nanotube Transparent Electrodes into Display Applications // Late-News Paper. SID 08 DIGEST, 2008. P. 537-540.13. Park Y. B., Gruner G., Gand I., Drzaic P. Integration of Carbon Nanotube Transparent Electrodes into Display Applications // Late-News Paper. SID 08 DIGEST, 2008. P. 537-540.
14. Yan Meng, Xiao-Bing Xu, Ни Li et al. Optimisation of carbon nanotube ink for large area transparent conducting films fabricated by controllable rod-coating method // Carbon. 2014. V. 70. P. 103-110.14. Yan Meng, Xiao-Bing Xu, Ni Li et al. Optimization of carbon nanotube ink for large area transparent conducting films fabricated by controllable rod-coating method // Carbon. 2014.V. 70.P. 103-110.
15. Патент RU 2480405 Углеродный наноструктурный материал и способ его получения.15. Patent RU 2480405 Carbon nanostructured material and method for its preparation.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014151432/28A RU2577174C1 (en) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Coating for photovoltaic cell and method of making same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014151432/28A RU2577174C1 (en) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Coating for photovoltaic cell and method of making same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2577174C1 true RU2577174C1 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=55654429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014151432/28A RU2577174C1 (en) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Coating for photovoltaic cell and method of making same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2577174C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2693733C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-07-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of producing thin layers of graphene oxide with formation of a sublayer of carbon nanotubes |
| WO2022146158A1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Method for producing a hybrid piezomaterial |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009141595A2 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | The University Of Nottingham | Photovoltaic cell |
| WO2012015392A1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-02 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Solar energy systems |
| US20130153012A1 (en) * | 2007-04-25 | 2013-06-20 | Nanoco Technologies, Ltd. | Hybrid Photovoltaic Cells and Related Methods |
| WO2014147555A2 (en) * | 2013-03-18 | 2014-09-25 | Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research | Cd-based-chalcogenide/cds core-shell nanomaterial, defective/defect-free core nanocrystal, methods and applications thereof |
| RU2532690C1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-11-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Method of producing photovoltaic cells basing on hybrid nanocomposite material |
| RU2532857C1 (en) * | 2013-03-22 | 2014-11-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" | Photovoltaic structure |
-
2014
- 2014-12-18 RU RU2014151432/28A patent/RU2577174C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130153012A1 (en) * | 2007-04-25 | 2013-06-20 | Nanoco Technologies, Ltd. | Hybrid Photovoltaic Cells and Related Methods |
| WO2009141595A2 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | The University Of Nottingham | Photovoltaic cell |
| WO2012015392A1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-02 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Solar energy systems |
| WO2014147555A2 (en) * | 2013-03-18 | 2014-09-25 | Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research | Cd-based-chalcogenide/cds core-shell nanomaterial, defective/defect-free core nanocrystal, methods and applications thereof |
| RU2532857C1 (en) * | 2013-03-22 | 2014-11-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" | Photovoltaic structure |
| RU2532690C1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-11-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Method of producing photovoltaic cells basing on hybrid nanocomposite material |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2693733C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-07-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of producing thin layers of graphene oxide with formation of a sublayer of carbon nanotubes |
| WO2022146158A1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Method for producing a hybrid piezomaterial |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Inkjet printing of δ-MnO2 nanosheets for flexible solid-state micro-supercapacitor | |
| KR101861862B1 (en) | Electronic devices including transparent conductive coatings including carbon nanotubes and nanowire composites, and methods of making the same | |
| RU2578664C2 (en) | Transparent conducting large-area coatings, including doped carbon nanotubes and nano-wire composite materials, and methods for obtaining thereof | |
| US8460747B2 (en) | Large-area transparent conductive coatings including alloyed carbon nanotubes and nanowire composites, and methods of making the same | |
| Zhao et al. | Spray deposition of steam treated and functionalized single-walled and multi-walled carbonnanotube films for supercapacitors | |
| JP2017011285A (en) | Graphene electrodes for solar cells | |
| US20160229695A1 (en) | Carbon nanotubes, dispersion liquid thereof, carbon nanotube-containing film, and composite material | |
| JP2014529353A (en) | Method for functionalizing metal nanowires and method for producing electrodes | |
| WO2014133183A1 (en) | Film comprising single-layer carbon nanotubes and having dense portions and sparse portions, process for producing same, and material including said film and process for producing same | |
| Homola et al. | Optimization of TiO2 mesoporous photoanodes prepared by inkjet printing and low-temperature plasma processing | |
| RU2577174C1 (en) | Coating for photovoltaic cell and method of making same | |
| KR101190206B1 (en) | Transparent Conductors and Method of Preparing Same | |
| JP2013152928A (en) | Transparent conductive film | |
| CN113287202A (en) | Conductive film, method for producing same, electrode, and solar cell | |
| EP3294543B1 (en) | Carbon nanotube based hybrid films for mechanical reinforcement of multilayered, transparent-conductive, laminar stacks | |
| CN113284669B (en) | Transparent conductive film and preparation method and application thereof | |
| KR20130003467A (en) | Transparent conductive film containing a carbon nanotube and method for preparing the same | |
| KR20110071539A (en) | Transparent conductive film and its manufacturing method | |
| CN102515558B (en) | Method for preparing transparent conductive carbon nano tube film with combination method | |
| JP2013203578A (en) | Titanium oxide structure having high crystallinity and high specific surface area | |
| KR20120061487A (en) | Transparent conducting polymer film, manufacturing method thereof and transparent electrode using them | |
| KR101130235B1 (en) | Transparent Conductors and Method of Preparing Same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171219 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200303 |