СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована для создания солнечных элементов и светоизлучающих устройств, используемых в энергетике, промышленности и других областях.
Известно устройство «Светоизлучающий и/или принимающий прибор» (Патент US №8358064 В2, МПК H01L 51/52, дата приоритета 12.09.2007, дата публикации 19.03.2009), которое содержит последовательность светоизлучающего и светопоглощающего слоев, имеющих общий контакт. Устройство позволяет поглощать и генерировать свет. Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является необходимость совмещать светоизлучающие и светопоглощающие слои, что приводит к усложнению конструкции и, соответственно, сложности эксплуатации.
Известно устройство «Дисплей на органических светоизлучающих диодах, интегрированный с солнечным элементом и их способ производства» (Патент KR №20160109208 А, МПК H01L 27/32; H01L 31/0232; H01L 31/12; H01L 51/50; H01L 51/52; H01L 51/56, дата приоритета 06.05.2013, дата публикации 07.12.2016), «Organic light emitting diode display integrated with solar cell and manufacturing method thereof»), которое содержит отдельный органический светоизлучающий слой и отдельный солнечный элемент имеющих общий базовый контакт, они заключены в последовательность материалов р- и n-типа и имеют отдельные электроды. Устройство позволяет поглощать и генерировать свет. Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является наличие двух совмещенных устройств светодиода и солнечного элемента, что усложняет конструкцию прибора и его эксплуатацию.
Известно устройство «Органический солнечный элемент или светоизлучающий диод» (Патент US №6559375 В1, МПК H01L 51/20, дата приоритета 27.11.1998, дата публикации 06.05.2003). Устройство является прототипом, оно состоит из прозрачного проводящего электрода, имеет два или более транспортных слоев различной проводимости, а также имеет один или более промежуточных слоев. Промежуточный слой состоит из двух материалов, один из которых находится в виде коллоидных частиц в другом материале. Материалы промежуточного слоя обладают светоизлучающими или светопоглощающими свойствами. Устройство может быть использовано для поглощения света и генерации электрического напряжения или генерировать свет при его подключении к источнику напряжения. Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является сложность структуры слоя, обладающего светопоглощающими и светоизлучающими свойствами. Для создания этого слоя необходимо использовать два материала, один из которых обладает светопоглощающими свойствами, а другой - светоизлучающими, и второй материал должен быть внедрен в первый в виде частиц.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является упрощение структуры слоя, обладающего светопоглощающими и светоизлучающими свойствами, за счет использования более простого в использовании материала перовскита с гетерогалогенидом. Этот слой выполнен на основе перовскита с гетерогалогенидом и обладает как светопоглощающими, так и светоизлучающими свойствами.
3
+
+
+
-
-
-
Сущность заключается в том, что материалом светопоглощающего и светоизлучающего слоя является перовскит с гетерогалогенидом. Перовскит с обладает формулой АВХ, где катион А - метиламмоний (МА), формамединиум (FA) или цезий (Cs), катион В - свинец (Pb) или олово (Sn), X - анион, состоящий из комбинации галогенидов йода (I), брома (Br), хлора (Cl). Перовскит может обладать гетерокатионом, в этом случае перовскит будет содержать комбинацию различных катионов (MA, FA, Cs) и галогенидов (I, Br, Cl). Перовскит обладает светопоглощающими и светоизлучающими свойствами и может быть использован как для создания высокоэффективных солнечных элементов, так и для светодиодов. Также перовскит с гетерогалогенидом обладает ионной проводимостью катионов и анионов, что позволяет динамически формировать p-i-n структуру внутри слоя перовскита за счет миграции положительно (Cs, МА, FA) и отрицательно (I, Br, Cl) заряженных ионов к интерфейсам и подстраивать слой перовскита под необходимый режим работы. Миграция ионов к интерфейсам происходит под действием внешнего электрического напряжения и/или света. Изменение режимов работы производится путем выдержки устройства при определенном напряжении, позволяющем увеличивать или уменьшать выраженность p-i-n структуры. Увеличение p-i-n структуры позволяет устройству работать в режиме светодиода, а уменьшение переводит устройство в режим работы солнечного элемента.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. представлена структура перестраиваемого светоизлучающего солнечного элемента, который содержит прозрачную подложку с нанесенным прозрачным проводящим электродом (1), над которым последовательно расположены дырочный (или электронный) транспортный слой (2) с проводимостью р-типа (n-типа), один слой из перовскита с гетерогалогенидом, обладающий светопоглощающими светоизлучающими свойствами (3), электронный (или дырочный) транспортный слой (4) с проводимостью n-типа (р-типа), дырочный (электронный) блокирующий слой (5), один проводящий слой на основе металлов (6), а также два электрода (7) и (8).
Светоизлучающий солнечный элемент работает следующим образом. Светопоглощающий и светоизлучающий слой перовскита обладает возможностью перестроения своей внутренней структуры. Перестроение внутренней структуры слоя (3) происходит за счет миграции ионов внутри слоя перовскита и образования p-i-n структуры. Миграция ионов происходит благодаря эффекту сегрегации проявляющейся в образовании областей, обогащенных одним галогенидом. В процессе образования таких областей происходит движение как отрицательно заряженных ионов, так и положительно заряженных ионов перовскита. В результате миграции ионов, границы слоя перовскита с транспортными слоями 2 и 4 приобретают р- и n-легирование за счет накопления положительно и отрицательно заряженных ионов перовскита. Перестроение слоя перовскита за счет миграции ионов, происходит под действием облучения светом и/или внешнего электрического напряжения, приложенного к прозрачному проводящему контакту 1 и металлическому контакту 6 через электроды 7 и 8. Приложение внешнего напряжения позволяет создавать p-i-n структуру, чем больше приложенное напряжение, тем более ярко выражена p-i-n структура. Приложение более высокого напряжения позволяет создать ярко-выраженную p-i-n структуру и перевести устройство в режим работы светодиода. Снятие внешнего напряжения приводит к релаксации p-i-n структуры за счет обратной миграции ионов вглубь слоя перовскита, и, как следствие, p-i-n структура менее выражена или отсутствует и устройство теперь может работать в режиме солнечного элемента.
Заявляемая полезная модель отличается от ближайших аналогов тем, что в устройстве используется светопоглощающий/светоизлучающий слой на основе перовскита с гетерогалогенидом, позволяющем формировать перестраиваемую p-i-n структуру, и обеспечивает преобразование солнечной энергии в электрическую и электрической энергии в свет. Использование перовскита в качестве материала слоя, обладающего светопоглощающими и светоизлучающими свойствами, вместо двух материалов, обладающими или светопоглощающими или светопоглощающими свойствами, позволяет значительно упростить конструкцию устройства и уменьшить его себестоимость.
Таким образом, заявляемое полезная модель всей совокупностью существенных признаков позволяет упростить и удешевить конструкцию устройства, перестраиваемого светоизлучающего солнечного элемента и, соответственно, упростить его эксплуатацию, управление его функциями и достичь заявленный технический результат.