Способ получения фоточувствительного электрода Советский патент 1988 года по МПК H01M6/30 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении фотоанодов для электрохимических преобразователей солнечной энергии (ФЭХП).

Целью изобретения является повышение фоточувствительности и упрощение технологического процесса.

Способ осущестйляют следующим Ы разом, В стакан из стекла загружают порошкообразный теллурид кадмия, селемид кадмия, хлорид кадмия. Добавляют дистиллированную воду до Получения вязкой консистенции.

С помощью мешаЛки проводят гомогенизацию суспензии и затем пуль- веризатором эту суспензию наносят н титановую подложку.

Нанесенный на подложку слой полупроводника вводят в пламя газовой горелки (метаново-воздушная смесь), где в течение 5-tO мин прогодят спекание твердого раствора CclSeyTe. Вр вмя отжига выбрано из -требования получения твердого р аствора CdSe.|,Te и ограничено разложением хлорида кадмия. Температура подложки при этом составляет 700-750 С.. .

Нижняя граница содержания, метана в метаново-воздушной смеси ограничена условиями окисления поверхности полупроводникового электрода (при .уменьшении содержания метана наблюдается интенсивное образование окислов компонентов полупроводникового .электрода и уменьшение фоточувстви- т« льности электрода) .

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

Полученный фотоэлектрод медленно охлаждается затем вне пламени горелки на ас бестовом листе до комнатной т«2мпературы.

Известно, что твердый раствор . образуется из отдельных компонентов CdSe, CdTe в присутст- .вии рекристаллизатора CdCl при 650-7SO C в инертной атмосфере аргона Для получения фоточувствительного слоя применяют отжиг в присутствии кислорода, образующего на поверхности полупроводника тонкий переходной фазовый слой. .

5

0

5

пла- .

Используя нагрев электрода в мани газовой горелки при 700-750 С, можно также провести синтез твер- i дого раствора . на подложке и получить фоточувствительный слой на поверхности полупроводниковой пленки.

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

В частности, при рекристаллизации водной суспензии халькогенидов кадмия в пламени естественного газа происходит паровая конверсия газа. Сущность процесса паровой конверсии естественйого Раза состоит в том, что метац, содержащийся в газе, реагируя при высокой температуре с водяным паром суспензии в присутствии катализатора (титана, селенидов и теллуридов кадмия), конвертируется до водорода и окиси углерода по реакции

СН.+

4

H,jO

со + зн

0

0

5

0

Имеющиеся в нанесенном слое частицы воды вследствие высокой температуры разлагаются с выделением газообразных водорода и кислорода, что в совокупности защищает полупроводниковый материал -от интенсивного .окисления. Подвижная газовая среда 5 обеспечивает отвод газообразного рекристаллизатора, наличие которого в жидкой фазе обусловливает интенсивную рекристаллизацию халькогенидов кадмия.

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

5 Рентгенофаэовый анализ показывает образование соединения . стехиометрического состава со структурой вюртцита с отклонением от стехиометрии в пределах 2%. При тол-

щине пленки 30 мкм средний размер кристаллов имеет значение 15-35 мкм, ФЭХЛ с ,Jy-фoтoaнoдoм, полученным таким способом, в полисульфидном электролите (2М NaOH + 2,5 М S +

2М NajS) с Cuj S-катодом обладает высокой фоточувствительностью и стабилен в электролитах, применяемых в ФЭХП, в частности в щелочном полисульфидном электролите.

Коэффициент полезного действия ФЭХП с CdSeдg5Te,,Jrфoтoaнoдoм составляет 5-7% при солнечном освещении. Пример 1. Суспензия для Получения фоточувствительного слоя состоит из 2А г селенида кадмия (порошок, размер зерен 1-2 мкм), 76,52 г теллурида кадмия и 91,65 обёзвожен ного хлористого кадмия. К смеси добавляют 30 мл дистиллированной воды. Суспензию тщательно перемешивают мaгняtнoй мешалкой и наносят на титаРезультаты испытаний фотоанодов ,., с

CujS

в 2М полисульфидиом щелочном растворе, мощность солнечного света;75 мВт/см .

Прим ер 2. Суспензия для получения фоточувствительного слоя состоит ия 1А9,5 г селенида кадмия, 100, 625 г теллурида кадмия и 330 t обезвоженного хлористого кадмия. Воды добавляют 50 мл. Время отжига 7 мин, содержание метана в MersHOBd воздушной смеси 20 . Условия испытания те же, что в примере 1.

Пример 3. Суспензия для получения фоточувствительного Слоя

нопую подложку размером с помощью пульверизатора. После нанесения полупроводникового слоя электрод вносят в пламя газовой горелки (метаново-воздушная смесь при соотноше- НИИ компонентов (в об.%Х метан 15, воздух 85J. Время отжига 5 мин при (температуру контролируют с помощью термопары).

После охлаждения на асбестовом листе электрод химически травят в растворе HClrHNO, 9,7:0,3:90 в течение 5 с, затем на 30 с окунают электрод в 0,1 М К2Сг04. Промытый бйдистиллированной водой электрод испытывают в фотоэлектрохими- ческой ячейке с Си З-катодом. Используют электролит состава 2М NajS, 2М NaOH и 2,6М S при мощное- , ти солнечного излучения 75 мВт/см , Результаты испытания представлены ,3 таблице.

CujS

противоэлектродом

солнечного света;75 мВт

содержит 13,73 г селенида кадмия, JQ 25,95 г теллурида кадмия , 21,6 г хлорида кадмия, 20 мл бидистшишро- ванной воды. Время отжига 10 чян при содержании метана в метаново- воздушной смеси 30 об.%. Условия 55 травления, испытания, состав электролита те же, что в примерах 1, 2. Пример 4. Состав суспенэии - тот же, что в примере 2, но содержа- ние метана в метаново-воздушной сме512

си 10 об.%. Условия обработки и ис- пыtaния те же, что в примерах 1-3.

Пример 5. Состав суспензии тот же, что в примере 2, но содержание метана в метаново-воэдушной смеси 50 об.%. Условия испытания те же, что в примерах 1-Д.

Пример 6. Состав суспензии тот же, что в примере 3, время отжига 5 мин, содержание метана в ме- таново-воздушной смеси 40 об,%.

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

96

35-40 раз, упрощение аппаратурного оформления.

Ф о рмула изобретения

Способ получения фоточувствительного электрода на основе рекристал- лизованних слоев твердого раствора селенида и теллурида кадмия путем синтеза твердого раствора на проводящей подложке и термообработке, отличающийся тем, что, с целью повышения фоточувствит ельнос- ти и упрощения технологического процесса, термообработку фоточувст- вительного электрода ведут в пламени метаново-воздушной смеси при содержании метана в смеси 15-30 об.% в течение 5-10 мин при температуре рекристаллизации твердого раствора.

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