Способ инкапсуляции фотоприемников на основе галогенидных перовскитов Российский патент 2023 года по МПК H01L31/48 C23C14/46 B32B7/23 B32B7/04 

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборных структур фотоприемников (солнечных элементов, фотодиодов, детекторов) на основе гибридных галогенидных перовскитов, имеющих в структуре герметизационный, инкапсуляционный слой из диэлектрического материала.

Известна технология инкапсуляции тонкопленочных перовскитных солнечных элементов [KR 20200095110 А, опублик. 10.08.2022]. Авторами предложен метод инкапсуляции тонкопленочных перовскитных солнечных элементов при переносе оксида кремния SiO₂ полученного на кремниевой подложке при высокотемпературном отжиге 1100-1200°С через органический адгезив на приборную структуру методом ламинации на фронтальную поверхность. Адгезивный слой состоит из структуры, в которой является материалом на основе кремния (Si) (винил-терминированный силоксан и платиновый комплексный катализатор) и фоторезист, в частности, может быть использована структура ламината Kwik-Sil, SU8. Изобретение демонстрирует преимущества использования SiO2 прослойки в качестве герметизирующего слоя с обеспечением водонепроницаемости, что позволяет повысить срок службы ПСЭ при воздействии влаги и нагрева.

Недостатком данной технологии является необходимость получения водонепроницаемой поверхности при высокотемпературном росте оксида кремния. Также, при использовании данного подхода площадь инкапсулирования будет ограничена площадью кремниевой пластины, на которой был выполнен рост SiO2 слоя, что ставит серьезное ограничение в масштабируемости данного подхода.

Известна технология инкапсуляции перовскитных солнечных элементов [KR 20210151545 A, опублик. 14.12.2022], в которой предложен метод герметизации приборной структуры с применением мультислойного барьера, состоящего из диэлектриков AlO_x, SiN_x и адгезива на основе полиэтилентерефталата (ПЭТ). Суть предложенного метода состоит в последовательном использовании барьерных покрытий AlO_x от 1 до 30 нм (нанесение атомно-слоевым наращиванием ALD), слой SiN_x не имеет ограничений по толщине (нанесение методом химического осаждения из паровой фазы (CVD), а слой адгезива наносится сверху ламинацией. Согласно изобретению, с помощью инкапсуляционного слоя, в котором ламинированы по меньшей мере два или более слоев (SiN_x и Al₂O₃), а также пленки ПЭТ без использования стекла и эпоксидного клея в качестве инкапсуляци-онного слоя для герметизации фотоэлектрического устройства, можно улучшить влаго-стойкость и долгосрочную стабильность солнечного элемента в эксплуатационных условиях.

Недостатком данной разработки является необходимость использования ALD метода для получения тонкой пленки AlO_x, который имеет крайне низкие скорости роста толщины - менее 1 нм/мин, а также необходимость использования водорастворимых прекурсоров, что негативно повлияет на долгосрочную коррозионную стойкость интерфейсов при воздействии света и нагрева.

Известна технология герметизации перовскитных солнечных элементов [KR 20210007213 А, опублик. 20.01.2021], в которой приложен метод инкапсуляции с применением композита на основе полизобутена (PIB) с молекулярным ситами и цеолитом. Предложенное изобретение направлено на проблему влагопроницаемости перовскитного солнечного элемента и заранее предотвращает проникновение влаги из-за снижения плотности PIB при циклическом воздействии внешних факторов деградации, вызванного увеличением объема материала при повышении температуре до 85°С. Чтобы увеличить срок службы и повысить надежность перовскитового солнечного элемента в методе описывается способ ламинирования/покрытия инкапсуляционного слоя, полученного в результате смешивания разжиженного PIB с цеолитом, обладающим функцией осушения, на верхнюю часть перовскита для формирования структуры, которая предотвращает воздействие влаги на перовскит.

Недостатком данной технологии является использования полизобутена (PIB) с нанесением непосредственно на приборную структуру, что повлечет собой коррозию зарядо-транспортных слоев при отвердевании материала ввиду появление газообразных продуктов реакции и взаимодействию с катионной составляющей перовсиктного поглощающего слоя.

Известна технология инкапсуляции перовскитных солнечных элементов [DOI: 10.1109/PVSC.2018.8547333, опублик. 18.11.2018] эпоксидной смолы в качестве адгезива с покровным защитным стеклом марки Soda Lime. Авторами продемонстрированы результаты при сохранении начально КПД на уровне 18-19% на протяжении более чем 500 ч при постоянной влажности 85% и фотонасыщении.

Недостатком данной технологии является ограничение по циклическому воздействию термонагрузок, которое ведет к охрупчиванию слоя эпоксидной смолы, формированию червоточин и потери герметичности.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения перовскитного солнечного элемента с инкапсуляционным диэлектрическим слоем AlO_x нанесенный методом ALD [DOI: 10.1039/c8se00282g, опублик. 03.09.2018]. В изобретении представлено, что ультратонкий слой Al₂O₃ менее 20 нм, осажденный при комнатной температуре на поверхность перовскита, очень эффективно препятствует миграции продуктов разложения перовскитного поглощающего слоя и повышает стабильность приборных характеристик при воздействии внешних факторов деградации. Были достигнуты результаты с сохранением до 93,6% от начальной величины КПД при максимальном значении КПД - 17.4%.

Недостатком данного подхода является применение процесса ALD на фронтальной поверхности устройства, непосредственно в качестве источников Al и О использовались прекурсоры триметилалюминия (ТМА) и Н₂О. ТМА подавался импульсами в течение 0,5 с. После этого Н₂О подавался импульс в течение 0,5 с для окисления ТМА и образования Al₂O₃. Таким образом на приборной поверхности шла реакция с водой, что ведет к локальной коррозии зарядо-транспортных и поглощающих слоев.

Проблемой, на решение которой направлено данное изобретение, является ограничение применения методов инкапсуляции и герметизации фотоприемников на основе галогенидных перовскитов для повышения срока стабильности приборных характеристик устройств в условиях воздействия внешних факторов деградации (повышенных температур, влаги и кислорода). Стандартные методов инкапсуляции, которые используются для фотовольтаических приборов на основе кристаллического кремния - ламинация эластомеров с покрровными стеклами и барьерными пластиками требует высокотемпературной обработки с нагревом в диапазоне 120-160°С, необходимой для размягчения-плавления материала и заполнения пустот при вакуумной откачке. Типичными материалами для инкапсуляции кремниевых фотовольтаических приборов являются этилвинилацетат (EVA), полиизобутен (PIB), поливинил пирродидон (PVP), поливинил бутираль (PVB), полиметилметакрилат (РММА), полиэтил ентерефталат, их производные и аналоги. Однако для перовскитных фотоприемников, на основе фото поглощающих слоев APbX₃ (где А является катионом в виде CH₃NH₃⁺ или (NH₂)₂CH⁺ или С(NH2)₃⁺, прочих органических катионов, Cs⁺, Rb⁺ или их смеси; X является анионом в виде Cl^-, Br^-, I^- или их смеси) данные методы практически не применимы, ввиду разложения материала при длительном воздействии температур более 100°С. Поэтому актуальной проблемой и задачей является поиск низкотемпературных альтернатив стандартной ламинации с эластомерами. В свою очередь, применение низкотемпературных методов инкапсуляции с применением эпоксидных смол, адгезивов, а также нанесения защитных пленок методом атомно слоевого наращивания или терморезистивного осаждения не позволяет обеспечить герметичность приборной структуры при циклических термо нагрузках в присутствии паров влаги и кислорода, или тяжело масштабируемы в промышленном производстве. При воздействии внешних факторов деградации на приборные структуры фотоприемников на основе перовскитов происходит ряд процессов коррозии перовскитных молекул, что влечет за собой снижение приборных характеритик - напряжения холостого хода (Vxx), тока короткого замыкания (I_кз), фактора заполнения (ФЗ) вольтамперной характеристики (ВАХ) и коэффициента полезного действия (КПД) и пр. Непосредственно процессы коррозии и в перовскитных фотоприемниках инициированы разложением перовскитной молекулы с образованием газоообразных продуктов органических катионов - CH3NH3, CH3(NH2)2 и пр., иодидов свинца, йода I₂ и пр. В отсутствии герметизации приборной структуры процесс разложения и электрохимической коррозии становится необратимым. Поэтому стабилизация приборных характеристик фотоприемников на основе галогенидных перовскитов требует универсальных решений, обеспечивающих сплошное покрытие устройства герметизирующим слоем, отсутствие химического взаимодействия со слоями фотоприемника, газо- и влагонепроницаемость, механическую стабильность при циклических термо нагрузках, высокую скорость нанесения и возможность масштабирования способа для промышленных изделий.

Техническим результатом, достигаемом в изобретении, является повышение стабильности приборных характеристик фотоприемников на основе галогенидных перовскитов при воздействии света, повышенных температур и влажности за счет применения ионно-лучевого метода нанесения диэлектрического герметизирующего материала на приборную структуру.

Указанных технический результат достигается следующим образом.

1. Способ инкапсуляции фотоприемников на основе галогенидных перовскитов заключается в том, что на приборную структуру, содержащую последовательно размещенные на подложке анодный электрод, селективно-транспортный слой р-типа проводимости, фотопоглощающий слой, селективно-транспортный слой n-типа, дырочно-блокирующий слой и катод, ионно-лучевым методом наносят диэлектрический герметизирующий слой.

При этом диэлектрический герметизирующий слой представляет собой нанокристаллические пленки таких материалов, как Al₂O₃, SiN_x, SiO_x, которые можно получить распылением керамических или металлических мишеней, в присутствии газа окислителя для окисления.

Также диэлектрический герметизирующий может быть нанесен при высокой скорости в диапазоне 10-45 нм /мин.

Кроме того диэлектрический герметизирующий слой может быть нанесен ионно-лучевым метод в вакууме при давлении 10^-1 - 10^-6 Па.

Диэлектрический герметизирующий слой (ДГС) изготавливается при ионно-лучевом распылении керамической или металлической мишени в условиях вакуума и возможном присутствии газа окислителя. Технологический процесс ионно-лучевого напыления подразумевает его проведение в вакуумной камере при низком давлении (не более 10^-1 Па). Для выполнения технологического процесса в вакуумной камере располагаются источник ионов (ИИ) с инертным рабочим газом (Ar и прочие), генерирующий плазменный пучок (ионы Ar⁺ или пр.), мишень с материалом для получения ДГС (Диэлектрик, композит, металл или сплав для реакционного нанесения) и держатель подложек, на который проводится нанесение. Описанная система представляет собой фиксированную геометрию, при которой углы ориентации между ИИ и мишенью, а также мишенью и держателем подложек отличны от нормальных. Непосредственно процесс получения ДГС для приборных структур на основе галогенидных перовскитов заключается в протекании следующий процессов:

- генерация пучка плазмы в ИИ при напряжении не более 3000 В, представляющим собой поток высокоэнергетических частиц Ar⁺ (или других инертных газов Хе, Kr, Не, Ne) и направленных на мишень.

- Физическое взаимодействие ионов с твердым телом мишени, при котором идет передача энергии и импульса.

- Распыление частиц мишени с энергией, не превышающей 1500 эВ, расположенные близко к поверхности мишени при получении энергии выше поверхностной связи или при каскаде столкновений с ионами.

- Физическое осаждение распыленных частиц мишени на подложку, представляющую собой приборную структуру на основе кристаллов или тонких пленок гибридных галогенидных перовскитов.

При этом слой ДГС формируется при прямом физическом перепылении материала на подложку с приборной структурой, а также при параллельном протекании реакции окисления распыленных частиц мишени в присутствии газа - окислителя в вакуумной камере (кислород О₂ и пр.) до достижения заданной стехиометрии. Получение ДГС происходит при использовании мишеней из таких материалов, как Al₂O₃, SiN_x, SiO_x, обладающих высоким удельным сопротивлением, газо- и влагонепроницаемостью и механической стабильностью при циклических термо-нагрузках.

Чистота рабочего газа ИИ должна быть не менее 99.99%.

Чистота газа-окислителя должна быть не менее 99.9%.

Ионно-лучевое распыление не требует предварительной подготовки поверхности приборной структуры на основе галогенидных перовскитов.

Базовое давление в камере перед процессом ионно-лучевого напыления не должно превышать 10^-1 Па.

Энергия распыляемых частиц мишени не должна превышать 1500 эВ, что требует соблюдения ограничение на напряжение ИИ в 3000 В и мощности не более 1000 Вт.

Скорость напыления ионно-лучевым напылением при фиксированном напряжении на ИИ регулируется расходом рабочего газа, что позволяет варьировать скорость осаждения ДГС в диапазоне от 0.04 нм/с до 45 нм/мин.

Стехиометрия ДГС из таких материалов, как Al₂O₃ и аналогов контролируется расходом газа-окислителя, подаваемым в камеру.

Получение ДГС на поверхности приборных структур на основе галогенидных перовскитов характерно нанокристалической морфологией слоев.

Получение ДГС не требует нагрева/охлаждения подложки и происходит при комнатной температуре.

Перемещение подложки по латеральным осям при проведении процесса нанесения позволяет получать ДГС на планарных поверхностях, а также подложках с текстурированным и изогнутым профилем.

Принципиальным преимуществом изобретения является стабилизация приборных характеристик перовскитных фотоприемников за счет применения ДГС, полученного без применения высоких температур, необходимости использования жидкофазных прекурсоров и достигается за счет ионно-лучевого напыления, обеспечивающего высокую скорость получения; возможность масштабирования для промышленных процессов и отсутствие взаимодействия приборной структуры фотоприемника с негативными факторами технологических операций, влекущих коррозию.

Конечным результатом использования метода инкапсуляции фотоприемников на основе галогенидных перовскитов является увеличение времени работы полупроводникового прибора с минимальным снижением приборных характеристик.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана схема расположения ИИ, мишени и держателя подложек, которая исключает взаимодействие плазмы ионного пучка с приборной структуры на которую идет нанесение ДГС.

На фиг. 2 показана архитектура p-i-n перовскитного фотопреобразователя, в котором: р - слой, проводящий положительные заряды - дырки, i - фотопоглощающий перовскитный слой, n - слой, проводящий отрицательные заряды - электроны, являющейся типовой для таких полупроводниковых устройств, как солнечные элементы, фотодиоды и детекторы.

На фиг. 3 представлена архитектура n-i-p перовскитного фотопреобразователя, являющейся типовой для таких полупроводниковых устройств, как солнечные элементы, фотодиоды и детекторы.

На фиг. 4 представлены вольтамперные характеристики перовскитных солнечных элементов, включающих ДГС и не включающих соответственно

На фиг. 5 представлены зависимости нормированных значений КПД ко времени при постоянном воздействии фотонасыщения (спектр 1,5 AM G, мощность 100 мВт/см²), влажности 60% и нагрева до 65°С для перовскитных солнечных элементов при наличии и без ДГС

На фиг. 1-5 изображены: источник ионов 1, мишень с материалом для ДГС 2, держатель подложки 3, магистраль подачи газа-окислителя 4, подложка с приборной структурой 5, направление ионного пучка Ar⁺ 6, направление осаждаемого материала ДГС на приборную структуру 7.

Фотопреобразователь на основе галогенидных перовскитов, получаемый способом по изобретению, содержит последовательно размещенные на подложке 8, анодный электрод 9, селективно-транспортный слой 10 р-типа проводимости, фотопоглощающий слой 11, селективно-транспортный слой 12 n-типа проводимости, дырочно-блокирующий слой 13 и катодный электрод 14, направление падающего света 15, диэлектрический герметизирующий слой - 16.

Подложка 8, представляет собой несущую конструкцию, на которую нанесены все функциональные слои фотопреобразователя: стекло, пластики, кварц и прочие материалы с оптической прозрачностью.

Анодный электрод 9 представляет собой слой на основе проводящего материала, к которым относятся: In₂O₃:SnO₂ (ITO, Al₂O₃:ZnO и его аналоги), тонкие слои металлов (Ag, Ni, Cu и пр.), слои низкоразмерных материалов (графен и аналогов в виде нанотрубок или нанопроволок). Анодный слой предназначен для сбора положительных зарядов-дырок, обладает оптической прозрачностью.

Селективно-транспортный слой 10 р-типа проводимости представляет собой тонкопленочное покрытие на основе широкозонных оксидов (NiO_x, CuO_x и пр.) или органических полупроводников (Поли-3-гексил тиофена и пр.), обеспечивающих транспорт дырок, инжектированных из фото поглощающего слоя 11.

Фотопоглощающий слой 11 представляет собой тонкопленочное покрытие на основе галогенидных перовскитов, (общая хим. формула APbX₃, где А является катионом в виде CH₃NH₃⁺ или (NH₂)₂CH⁺ или С(NH₂)₃⁺, прочих органических катионов, Cs⁺, Rb⁺ или их смеси; X является анионом в виде Cl^-, Br^-, I^- или их смеси).

Селективно-транспортный слой 12 представляет собой тонкопленочное покрытие n-типа проводимости на основе широкозонных оксидов (TiO_x, SnO_x и пр.), органических полупроводников (С₆₀ и его аналогов, выполняющие роль транспортного материала), обеспечивающих транспорт электронов, инжектированных из фотопоглощающего слоя 11.

Дырочно-блокирующий слой 13 представляет собой тонкопленочное покрытие на основе НОП (низкомолекулярных органических полупроводников), таких как батокупроин (2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролин, C₂₆H₂₀N₂); бифен (4,7-дифенил-1,10-фенантролин, C₂₄H₁₆N₂) и их аналоги, обладающих селективно-транспортными свойствами.

Катодный электрод 14 представляет собой тонкие слои металлов (Ag, Ni, Cu и пр), покрытия из прозрачно проводящих материалов - In₂O₃:SnO₂ (ITO и его аналоги) или слоев низкоразмерных материалов (графен и аналоги, нанотрубоки и нанопроволки).

Диэлектрический герметизирующий слой 16 представляет собой тонкие нанокристаллические пленки таких материалов, как Al₂O₃, SiN_x, SiO_x, которые можно получить распылением керамических или металлических мишеней, в присутствии газа окислителя для окисления. Для нанесения ДСГ используется ионно-лучевой метод.

кривые 17, 18 вольтамперные характеристики перовскитных солнечных элементов без ДГС (17) и включающих в конструкцию ДГС (18) соответственно.

кривая 19 изменения нормированного значения КПД во времени при постоянном нагреве до 80°С для перовскитного солнечного элемента без ДГС при постоянном воздействии фотонасыщения (спектр 1,5 AM G, мощность 100 мВт/см²), влажности 60% и нагрева до 65°С.

кривая 20 изменения нормированного значения КПД во времени при постоянном нагреве до 80°С для перовскитного солнечного элемента с ДГС при постоянном воздействии фотонасыщения (спектр 1,5 AM G, мощность 100 мВт/см²), влажности 60% и нагрева до 65°С.

Пример 1

В примере показана возможность получения технического результата для тонкопленочных p-i-n структур перовсиктных солнечных элементов при инкапсуляции ДГС - AlO_x при напряжении на источнике ИИ - 1000 В, мощности 300 Вт и скорости осаждения 20 нм/мин.

Перовскитный солнечных элемент (ПСЭ) изготавливается в конфигурации p-i-n структуры в соответствии с фиг. 2.

Приборная структура ПСЭ изготавливается на подложках из стекла марки Soda Lime (толщина 1.1 мм) с покрытием ITO, которое выполняет роль анодного электрода. Значения поверхностного электрического сопротивления покрытия ITO равны 15 Ом/кв.

Подложки из стекла с покрытием ITO очищаются от органических загрязнений и пыли при ультразвуковой обработке в течение 20 минут в органических растворителях -ацетоне и изопропаноле особой чистоты (>99.8%).

Далее для подложек из стекла с покрытием ITO производится обработка глубоким ультрафиолетом (длина волны излучения 210 нм), которая обеспечивает гидрофильность поверхности перед жидкофазным нанесением тонких пленок.

Для жидкофазного получения р-транспортного слоя NiO_x используется раствор хлорида никеля (NiCl₂, чистота 99.9%), полученный при растворении соли в концентрации 20 мг/мл в деионизованой воде.

Формирование р-транспортного слоя NiO_x происходит при нанесении раствора NiCl₂ на стеклянные подложки с покрытием ITO методом центрифугирования (спинкоатинга) в воздушной атмосфере. Центрифугирование происходит при скорости вращения подложки 1500 оборотов/с в течение 60 секунд. После этого подложки с нанесенным покрытием отжигаются при 300°С в течение одного часа. Толщина полученного слоя NiO_x составляет 40 нм.

Фотопоглощающий слой представляет собой тонкую пленку галогенидного перовскита с химическим составом Cs_0.2(CH₃(NH₂)₂)_0.8PbI₃ (далее CsFAPbI₃). Фотопоглощающий слой получают жидкофазным нанесением раствора перовскита методом центрифугирования, обработкой антирастворителем и термическим отжигом. Раствор перовскита с концентрацией 1.4 М получают в смеси растворителей диметилформамид (ДМФА, 99.8%, обезвоженный) / диметилсульфоксид (ДМСО,99.9%, обезвоженный) объемного соотношения 4:1 при растворении солей CsI (чистота 99.999%), СН₃(NH₂)₂I (чистота 99.99%) и РЬЬ (чистота 99.999%) в молярном соотношении 0,2:0,8:1 соответственно. Для полного растворения солей в перовскитном растворе выполняется нагрев раствора при 70°С в течение 4 часов. Перед нанесением фотопоглощающего слоя CsFAPbI₃, перовскитный раствор фильтруется через тефлонный фильтр с пористостью 0,45 мкм. Формирование фотопоглощающего слоя CsFAPbI₃ происходит при нанесени перовскитного раствора поверх р-транспортного слоя NiO_x на стеклянной подложке с покрытием ITO методом центрифугирования в инертной среде аргона. Процесс центрифугирования происходит при скорости вращения подложки 5000 об/мин в течение 1 минуты. Для инициирования процесса кристаллизации фотопоглощающего слоя из раствора во время центрифугирования подложка покрывается антирастворителем - хлорбензолом (чистота 99,8%, обезвоженный). Отжиг пленки происходит при температуре 100°С в течение 10 минут. Толщина полученного фотопоглощающего слоя составляет 450 нм.

n - транспортный слой представляет собой тонкую пленку органического полупроводника С₆₀, который наносится поверх фото поглощающего слоя CsFAPbI₃. n - транспортный слой выполняется терморезистивным напылением порошка С₆₀ (чистота 99.9%) в глубоком вакууме при давлении 10^-3 Па и скорости нанесения 0.02 нм/с.Толщина полученного слоя С₆₀ составляет 40 нм.

Катодный электрод из меди (Cu) выполняется терморезистивным методом в вакууме через теневые маски со скоростью 0.1 нм/с для формирования приборной структуры с фотоактивной областью заданной площади 0,14 см.

Нанесение ДГС происходит в вакуумной камере с ИИ, мишенью Al (чистота - 99.95%) и приборной структурой, изображенной на фиг. 2. В соответствии со схемой приборной структуры нанесение ДГС проводилось на поверхность металлического катода перовскитного солнечного элемента.

Перед нанесением вакуумная камера откачивается до уровня базового давления - 10^-2Па.

Нанесение происходит при использовании рабочего газа Ar (чистота 99.995%) и расхода газа окислителя (кислород О₂) не менее 0.25 л/ч. Контроль мощности обеспечивается величиной напряжения - не более 1000 Вт и расходом рабочего газа, в зависимости от которого меняется ток источника. Контроль мощности ИИ на уровне 300 Вт обеспечивает скорость напыления - 20 нм/с. Итоговая толщина ДГС составила 400 нм.

Критерием достижения технического результата являлось изменение приборных характеристик (V_xx, I_кз, ФЗ, КПД).

Для оценки изменений приборных характеристик на изготовленных ПСЭ измерялись В АХ при стандартных условиях спектра падающего света 1,5 AM G, мощности падающего света 100 мВт/см², соответствии спектра источника солнечного имитатора класса AAA и калибровки по эталонному фотопреобразователю, влажности 60% и нагрева до 65°С.

Достижение технического результата при наличии ДГС определялось при сравнении с конфигурацией устройств, для которых ДГС отсутствовал

Приборные характеристики ПСЭ, изготовленные в соответствии с примером 1, представлены в таблице 1, фиг. 4, на которой представлена вольтамерная характеристика для полученного полупрозрачного pin солнечного элемента с ДСГ AlO_x толщиной 400 нм, выполненным ионно-лучевым напылением, а также устройства без ДСГ.

Критерием достижения технического результата являлось два фактора - изменение приборных характеристик (V_xx, I_кз, ФЗ, КПД), а также стабильность значения КПД при постоянном воздействии фотонасыщения (спектр 1,5 AM G, мощность 100 мВт/см²), влажности 60% и нагрева до 65°С с течением времени.

Анализ данных приборных характеристик pin солнечных элементов, полученных в соответствии с примером 1, демонстрирует, что в случае использовании ионно-лучевого нанесения ДСГ AlO_x - 400 нм для инкапсуляции не происходит снижения показателей устройства. В сравнении устройств без ДСГ и с ДСГ можно отметить, что применении технологического процесса ионно лучевого напыления выполненного в вакууме ведет к повышению напряжения холостого хода (Vxx) на 6.2% (с 0.996 до 1.058 В), плотности тока короткого замыкания на 1,1% (с 20.54 до 20.77 мА/см²) и КПД на 6.5% (с 14.60 до 15.52%). Таким образом можно заключить, что проведение данного технологического процесса не ведет к потере производительности устройств.

Для оценки изменений приборных характеристик на изготовленных ПСЭ измерялись ВАХ при стандартных условиях спектра падающего света 1,5 AM G, мощности падающего света 100 мВт/см², соответствии спектра источника солнечного имитатора класса AAA и калибровки по эталонному фотопреобразователю.

Для оценки стабильности значений КПД при постоянном освещении (фотонасыщении) ПСЭ выдерживались под светом спектра 1,5 AM G, мощности падающего света 100 мВт/см² без электрической нагрузки (режим холостого хода). Изменения значения КПД оценивались по измерениям ВАХ с периодичностью не менее 50 часов. Проведение испытаний проводилось в помещении с атмосферой воздуха и температурой окружающей среды 65±2°С. Стабильность значений КПД для ПСЭ оценивалась по реперным точкам времени - спустя 100, 250 и 400 часов после начала испытаний на стабильность.

Временные характеристики стабильности значений КПД при фото насыщении для ПСЭ, изготовленных в соответствии с примером 1, представлены на фиг. 5.

Для устройств без ДСГ (кривая изменений нормализованных значений КПД - 19 на фиг. 5) потери КПД, вызванные необратимыми процессами коррозии для приборной структуры без инкапсуляции составили:

Спустя 100 часов воздействия освещения, нагрева и влажности - (-19.4) % относительно начальных значений;

Спустя 250 часов воздействия освещения, нагрева и влажности - (-57.0) % относительно начальных значений;

Спустя 400 часов воздействия освещения, нагрева и влажности - (-78.2) % относительно начальных значений.

Для устройств с ДСГ А10_х - 400 нм (кривая изменений нормализованных значений КПД - 20), полученным при проведении ионно-лучевого напыления с напряжением на ИИ - 1000 В и мощности 300 Вт, при скорости 20 нм/мин потери КПД составили:

Спустя 100 часов воздействия освещения, нагрева и влажности - (0.0) % относительно начальных значений;

Спустя 250 часов воздействия освещения, нагрева и влажности - (-1.1) % относительно начальных значений;

Спустя 400 часов воздействия освещения, нагрева и влажности - (-14.0) % относительно начальных значений.

Таким образом, достижение технического результата данного изобретения по примеру 1 по крайней реперной точке испытаний в 400 часов демонстрирует многократное увеличение стабильности основной приборной характеристик КПД 5.59 раз в соответствии к рассчитанным потерям.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборных структур фотоприемников, таких как солнечные элементы, фотодиоды, детекторы. Инкапсуляцию фотоприемников на основе галогенидных перовскитов осуществляют, нанося диэлектрический герметизирующий слой на приборную структуру, содержащую последовательно размещенные на подложке анод, селективно-транспортный слой р-типа проводимости, фотопоглощающий слой, селективно-транспортный слой n-типа проводимости, дырочно-блокирующий слой и катод. Подложку перемещают по латеральным осям. Диэлектрический герметизирующий слой, представляющий собой нанокристаллические пленки Al₂O₃, SiN_x или SiO_x, наносят ионно-лучевым методом при давлении 10^-1-10^-6 Па, генерируя в источнике ионов, расположенном в вакуумной камере, пучок плазмы при напряжении не более 3000 В в виде высокоэнергетических частиц инертных газов, направленных на керамические или металлические мишени, распыляя их с энергией, не превышающей 1500 эВ, вводя при необходимости газ-окислитель. Скорость нанесения диэлектрического герметизирующего слоя может достигать 10-45 нм/мин. Повышается стабильность приборных характеристик фотоприемников на основе галогенидных перовскитов при воздействии света, повышенных температур и влажности. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил., 1 пр.

1. Способ инкапсуляции фотоприемников на основе галогенидных перовскитов, включающий нанесение диэлектрического герметизирующего слоя на приборную структуру, содержащую последовательно размещенные на подложке анод, селективно-транспортный слой р-типа проводимости, фотопоглощающий слой, селективно-транспортный слой n-типа проводимости и катод, отличающийся тем, что подложку перемещают по латеральным осям, между селективно-транспортным слоем n-типа проводимости и катодом размещают дырочно-блокирующий слой, а диэлектрический герметизирующий слой, представляющий собой нанокристаллические пленки Al₂O₃, SiN_x или SiO_x, наносят ионно-лучевым методом, генерируя в источнике ионов, расположенном в вакуумной камере, пучок плазмы при напряжении не более 3000 В в виде высокоэнергетических частиц инертных газов, направленных на керамические или металлические мишени, распыляя их с энергией, не превышающей 1500 эВ, вводя при необходимости газ-окислитель.

2. Способ по п. 1, в котором диэлектрический герметизирующий слой может быть нанесен при высокой скорости в диапазоне 10-45 нм /мин.

3. Способ по п. 1, в котором диэлектрический герметизирующий слой может быть нанесен ионно-лучевым методом в вакууме при давлении 10^-1-10^-6 Па.