2
ОГЛАВЛЕНИЕ
л
Введение..............................................................6
Глава 1. Фотоприемники с гетеропереходом органический-неорганический полупроводник: новая концепция оитоэлектронного УСТРОЙСТВА..........................................16
1.1. Основные свойства молекулярных органических кристаллов........16
1.1.1. Методы очистки металлфталоцианинов........................20
1.1.2. Оптические свойства металлфталоцианинов...................21
1.1.3. Кристаллографическая структура металлфталоцианинов........22
^ 1.1.4. Полупроводниковые свойства и энергетические диаграммы
некоторых органических полупроводников...........................23
1.1.5. Легирование металлфталоцианинов кислородом................24
1.2. Полупроводниковые, оптические и фотоэлектрические свойства монокристаллического арсенида галлия...............................26
1.3. Солнечные элементы с барьером Шотки с р-п-переходом и с гетеропереходом органический-органический полупроводниковый........29
1.4. Гетероструктуры органический-неорганический полупроводник 33
1.4.1. Энергетические диаграммы гетеропереходов на основе органического и неорганического полупроводников..................33
1.4.2. Применение гетероструктур ОП/НП для оптоэлектронных устройств........................................................39
Глава 2. Методика эксперимента.......................................43
2.1. Электронная спектроскопия.....................................43
2.2. Экспериментальная установка...................................43
2.3. Способ очистки фталоцианина меди..............................45
2.4. Методика изготовления СЭ с р-п-переходом......................48
2.5. Методика изготовления СЭ с гетеропереходом органический-органический полупроводник.........................................49
Г
3
2.6. Изготовление СЭ с гетеропереходом органический-иеорганический полупроводник......................................................51
2.7. Испаритель для напыления тонких пленок большой площади на основе органических полупроводников.......................................54
Глава 3. Результаты эксперимента, исследование СЭ с
р-П-ПЕРЕХОДОМ И С ГЕТЕРОПЕРЕХОДОМ...................................56
3.1. Солнечные элементы с р-п-переходом............................56
3.2. Солнечные элементы с гетеропереходом органический-органический полупроводник......................................................59
3.3. Исследование токов, ограниченных объемным зарядом (Т003)......67
3.4. Солнечные элементы на основе СИпТФП...........................71
Глава 4. Анализ экспериментальных данных по исследованию
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГП ОРГАНИЧЕСКИЙ-ИЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПОЛУПРОВОДНИК.......................................................78
4.1. Полупроводниковые и оптические свойства СиРс, С11пРс,
СИпТФП и ваАБ......................................................78
4.2. Расчет интенсивности поглощенного в барьере слоя СиРс
и в барьере п-СаАэ.................................................81
4.3. Расчет плотности тока, генерированного в слое СиРс............90
* 4.4. Расчет плотности тока короткого замыкания в барьере СиРс
при Л=600 нм.......................................................93
4.5. Исследование инфракрасных фотоприемников на основе п-СаА$/р-С\1пРс и других металлфталоцианинов.......................94
4.6. Зонная диаграмма ГП п-СаАя/р-СиРс.............................99
Глава 5. Применение фотоприемников с гетеропереходом п-ваАв/р-СиРс......................................................102
5.1. Использование ультрафиолетового облучения в сельскохозяйственном
производстве......................................................102
5.2 Современные способы контроля и конструкции дозиметров ультрафиолетового излучения.......................................108
V
4
5.3. Исследование влияния различных факторов на характеристики фотоприемника..................................................113
5.4. Измеритель интенсивности излучения на основе измерения тока короткого замыкания............................................117
5.5. Система автоматического регулирования дозы ультрафиолетового облучения......................................................119
Глава 6. Физические основы применения органических полупроводников металлфталоцианинов в измерителях концентрации токсичности газов.....................................129
6.1. Анализ исследований датчиков токсичных газов................129
6.2. Способ изготовления датчиков................................138
6.3. Методика определения сопротивления и чувствительности
датчика..........................................................139
6.4. Исследование характеристик датчиков ИН$.....................142
6.5. Физические основы действия датчика газа А[Нз................144
6.6. Характеристики датчика ИНз..................................147
6.7. Исследование деградации датчика аммиака.....................150
6.8. Аналоговые измерители концентрации аммиака..................152
6.9. Измеритель концентрации аммиака с цифровой индикацией сопротивления и температуры датчика............................158
6.10. Производственные испытания средств контроля концентрации аммиака...........................................164
Заключение.........................................................168
Литература.........................................................170
Приложения.........................................................188
*
АББРЕВИАТУРА СОКРАЩЕНИЙ
УФИ - ультрафиолетовое излучение;
УФО - ультрафиолетовое облучение;
СЭ - солнечные элементы; ваАБ - арсенид галлия;
СиРс - фталоцианин меди;
СПпРс - хлориндийфталоцианин;
БП - бордо периленовый;
Ag - серебро;
Цое - фото-э.д.с.;
1К 3. ~ ток короткого замыкания;
ОП - органический полупроводник; с.п. - сельскохозяйственное производство; с.х. - сельское хозяйство.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. В последние годы заслуженный интерес вызывает комплексный подход к решению теоретических и прикладных задач по исследованию металлфталоцианинов (МеРс) как перспективных материалов для изготовления эффективных тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей световой энергии. Такой подход должен опираться на расширение круга исследуемых систем как по типу фотоэлектрических преобразующих структур, так и по разнообразию фоточувствительных полупроводниковых соединений, которые в них участвуют.
Изучение физических явлений в полупроводниковых пленочных гетероструктурах стимулируется необходимостью детального понимания электронных процессов на контакте двух полупроводников в связи с их постоянно возрастающим практическим применением в микро- и оптоэлектронике, интегральной оптике и других областях полупроводниковой техники, а также в экологии.
В 90-е годы XX столетия возрос интерес к гетероструктурам, одним из компонентов которых являются металлфталоцианины, обладающие уникальными свойствами.
Гетеропереходы на основе органических и неорганических полупроводников потенциально открывают новые области исследований и развития в оптоэлектронных материалах и приборах путем использования оптических свойств органических молекул, их избирательной способности к токсичным газам, высокой подвижности и высокой проводимости неорганических материалов. Эти качества металлфталоцианинов и неорганических полупроводников позволяют открыть новый класс фотоприемников, измерителей интенсивности излучения и концентрации токсичного газа.
Выбор металлфталоцианинов для гетероструктуры обусловлен, прежде всего, их уникальными свойствами:
7
- способностью легко возгоняться в вакууме при температуре 70СМ-800°С и давать компактные слои толщиной до 10 нм;
- возможностью получения МеРс высокой степени чистоты (содержание остаточных примесей
- наличием высокого коэффициента поглощения и высокой фоточувствительности в широкой области спектра от 200 до 1000 нм;
- термостойкостью, стабильностью параметров при облучении частицами высокой энергии;
- высокой чувствительностью и избирательностью к различным токсичным газам.
Ф
В настоящее время синтезировано более 100 металлфталоцианинов и более десятка из них отобраны по своим характеристикам для использования в различных полупроводниковых устройствах.
Уникальные свойства органических полупроводников представляют большой интерес для проведения исследований фотоэлектрических преобразователей на основе органических полупроводников: с р-п-переходом, с гетеропереходом органический-органический полупроводник и самый новый фотоприемник с гетеропереходом органический-неорганический полупровод-
ы
ник. Ранее учеными различных стран было показано, что на основе только двух органических полупроводников высокую эффективность фотоприемника не получить. В этой связи разработка способа получения фотоприемника с гетеропереходом органический-неорганический полупроводник, исследование его фотоэлектрических характеристик представляют в настоящее время большой интерес. Тем более, что на основе высокофоточувствительных фотоприемников предоставляется возможность разработать конструкцию и изготовить измерители интенсивности излучения, позволяющие проводить измерения интенсивности излучения в ультрафиолетовой (УФ), видимой и в ближней ИК области (от 200 до 1000 нм). Ввиду высокой фоточувствительности и низкой стоимости органического
8
полупроводника такой прибор найдет широкое применение в медицине и уже применяется в экологии и сельском хозяйстве. Кроме этого, в работе проведено исследование датчиков концентрации газа аммиака и изготовлен измеритель концентрации этого газа.
Таким образом, теоретическое обоснование физической природы гетероперехода и его применения, разработка способа изготовления фотоприемника с гетеропереходом органический-неорганический полупроводник, исследование его характеристик представляют новое актуальное направление,
л
развитию которого и посвящена настоящая работа.
Диссертация выполнена в Вологодском государственном техническом университете в соответствии с планом единого заказ-наряда Министерства образования РФ по темам НИР: § 53 - №01.9.30010478 «Исследование влияния молекулярной структуры органических полупроводников металлфтало-цианинов на фотоэффект в ультрафиолетовых фотоприемниках и на проводимость чувствительных датчиков газоанализаторов» и § 53 - № Г.45.2.Э.18 «Исследование влияния структуры органических полупроводников на фоточувствительность УФ фотоприемников и на проводимость датчиков газа».
Основной целью диссертации является исследование физической природы гетероперехода органический-неорганический полупроводник и создание измерителей интенсивности ультрафиолетового (УФ) излучения и концентрации токсичных газов.
Для достижения этой цели в настоящей работе поставлены следующие конкретные задачи:
1. Выбор компонентов для получения высокофоточувствительных гетеропереходов органический-неорганический полупроводник; разработка способа очистки метаплфтшюцианинов для получения особо чистых органических материалов, используемых в гетеропереходах.
9
2. Разработка способа изготовления фотоприемника с гетеропереходом
¥
органический-неорганический полупроводник.
3. Исследование оптических и фотоэлектрических характеристик фотоприемников с гетеропереходом.
4. Теоретическое обоснование физической природы гетероперехода органический-неорганический полупроводник.
5. Исследование влияния различных факторов: температуры, влажности и концентрации токсичных газов (аммиака) на значение фото-э.д.с. и тока короткого замыкания фотоприемника п-СаЛь/р-СиРс.
6. Изготовление измерителя интенсивности УФ излучения.
*
7. Разработка физической модели сенсора для измерения концентрации аммиака и изготовление измерителя концентрации токсичных газов, отличающегося от известных высокой чувствительностью до 5 мг/м3 (предельно допустимая концентрация составляет 10 мг/м2) и низкой стоимостью.
Научная новизна
Впервые проведены исследования спектральных и других фотоэлектрических характеристик фотоприемников с гетеропереходом органический-* неорганический полупроводник в области длин волн от 200 до 1 ООО нм, полу-
чены фотоэлементы с высоким КПД, равным 18% (на поглощенный свет), об-
I Л 1
ладающие фоточувствительностью до 10 Вт/м , а датчики газов - до 5 мг/м , аналогов которым нет.
При этом получены следующие результаты:
1. Разработан способ очистки фталоцианина меди (СиРс), который позволил получить фталоцианин меди (СиРс) высокой степени чистоты, содержание остаточных примесей ^Ю^/о. Способ очистки защищен авторским свидетельством № 487585 М Кл С 09В 47/04.
2. Обоснована физическая природа гетероперехода: произведен расчет
10
^ энергии, поглощенной в слое СиРс и СПпРс в барьере гетероперехода;
показано, что в интервале длин волн 450-800 нм в этих слоях поглощается 96-97% (погрешность составляет не более 1%); выполненный расчет тока короткого замыкания в слое СиРс (6=20 нм) гетероперехода
о
при Х=400 нм хорошо совпадает с экспериментальным 1^=7,8-10* А/см2, .1эксп=7,3-10'8 А/см2; расчет плотности тока короткого замыкания, генерированного в слое СиРс при А=600 нм, при использовании малой интенсивности излучения также хорошо совпадает с экспериментальным. Эти
.1
результаты позволяют предложить физическую модель процессов в гетеро-ф. переходе, основанную на том, что генерация носителей заряда происходит в
основном в нанослое органического полупроводника, а п-СаАэ является вы-сокопроводящей подложкой п-типа.
3. Исследованы спектральные и другие фотоэлектрические характеристики гетеропереходов, что позволило произвести расчет зонной диаграммы, используя ширину запрещенной зоны ОаАэ (Е^ =1,43эВ), СиРс
(£^2 =2,0эВ), энергию сродства к электрону ^=5,11 эВ и ^2=4,07
а также полный диффузионный потенциал ^=0,6 эВ. Определены раз-
• рывы зон Л£с=1,04 эВ и Л£у=0,47 эВ.
4. Разработан и запатентован способ изготовления фотоприемника с гетеропереходом п-СаАэ/р-СиРс, коэффициент полезного действия которого составляет 4% на падающий свет и повышает в 16 раз известный тонкопленочный солнечный элемент (СЭ). Способ запатентован (Патент № 2071148). Фотоприемник обладает высокой квантовой эффективностью при А.=800 нм, а=86% (Патент № 2034372).
5. Впервые разработаны физико-технологические принципы создания фотоприемника с гетеропереходом п-ОаАз/р-СПпРс, который обладает весьма высокой фоточувствительностью по фото-э.д.с. и позволяет из-
ф
Il
мерять интенсивность излучения от 10*4 до 10J Вт/м2 в области от 200 до 1000 нм. Способ запатентован (Патент № 2170994).
6. Показано, что влияние влажности, температуры и концентрации аммиака на значения U^ и JK 3 фотоприемника с гетеропереходом на основе СиРс не вызывает изменений параметров более чем на 3%, что позволило изготовить измеритель интенсивности ультрафиолетового излучения, аналогов которому нет. Получен патент № 2111461.
7. Предложена физическая модель датчика газа аммиака на основе СиРс, отли-
I
чающаяся от известных тем, что с понижением рабочей температуры чувствительность к газу возрастает. Выбрана рабочая температура датчика - 95°С, при которой чувствительность составляет 5 мг/м3. Способ получения датчиков запатентован (Патенты № 2080590 и № 2172951). На основе датчика запатентован измеритель концентрации аммиака (Патент № 2124719). Практическая ценность работы
1. Впервые полученные металлфталоцианины высокой степени чистоты широко используются при изучении различных полупроводниковых приборов на основе органических полупроводников (гетеропереходов, p-i-n-структур и светодиодов).
2. Впервые полученные и запатентованные фотоприемники с ГП n-GaAs/-p-ОП (CuPc, Clin, СИпТФП) широко используются в научных и учебных целях в вузах (ВГТГУ, МГЛУ, ВоГТУ, ВГМХА, С-ПАУ г. Пушкин).
3. Впервые изготовленные и запатентованные измерители интенсивности ультрафиолетового излучения и концентрации газа аммиака используются на сельскохозяйственных предприятиях Вологодской области; могут быть использованы также в медицине, экологии и в военном деле.
4. Измеритель интенсивности ультрафиолетового излучения использовался в научных целях на предприятии «Водоканал» (г. Вологда) для облучения речной воды, которая без применения хлорирования оказалась
12
пригодной для питья после облучения ее определенной дозой в течение 30 мин.
5. Фотоприемники (солнечные элементы) используются для демонстрации на лекциях по дисциплине «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии» и в лабораторных работах по этой дисциплине, а также по физике в разделе «Физика полупроводников».
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Модель гетероперехода на границе органический-неорганический полупро-
.1
водник. Расчет интенсивности света, поглощенного в слое СиРс и в слое С11пРс в области гетероперехода, когда <1<20 нм; расчет, тока короткого замыкания, генерированного в слое СиРс, с использованием характерных свойств экситонов в органических полупроводниках.
2. Исследование фотоэлектрических свойств гетероперехода и расчет зонной диаграммы гетероперехода п-ваАв/р-СиРс.
3. Физические основы формирования эффективных фотоэлектрических преобразователей световой энергии на основе исследованных и подвергнутых высокой степени очистки органических полупроводников металлф-талоцианинов, обладающих высокой фоточувствительностью в области длин волн от 200 до 1 ООО нм.
4. Способ получения гетероперехода органический-неорганический полупроводник, отличающийся тем, что в качестве органического полупроводника используются металлфталоцианины высокой степени чистоты, содержание остаточных примесей <10'4 %, нанометровой толщины (с!<20 нм) и легированные кислородом, а в качестве неорганического полупроводника - ваАБ, легированный оловом, N<1=5-1024 м*3. Ширина запрещенной зоны фталоцианина меди (ОП) Е^ = 2,0 эВ, а у ваАз
Е82 =1,43 эВ.
5. Способ получения высокофоточувствительных ультрафиолетовых фотоприемников с гетеропереходом, в котором в качестве органического полупроводника используется высокофоточувствительный в ультрафиолетовой области органический полупроводник хлориндийфталоцианин (СПпРс).
6. Исследование влияния влажности, температуры и концентрации газа аммиака на фотоэлектрические характеристики фотоприемника п-ОаАэ-/р-СиРс и создание на основе этого фотоприемника измерителя интенсивности ультрафиолетового излучения, отличающегося от известных высокой фоточувствительностью по фото-э.д.с. Пределы измерения
•4 3 2
прибора от 10' до 10‘ Вт/м .
7. Разработка модели датчика газа аммиака, который отличается высокой чувствительностью до 5 мг/м3 (предельно допустимая концентрация ПДК=10 мг/м3) при сравнительно низкой рабочей температуре 95°С вместо 135°С и более для известных.
Достоверность и обоснованность полученных результатов
Достоверность работы подтверждается использованием общепринятых физических моделей гетеропереходов и совпадением расчетных и экспериментальных результатов.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечены используемыми в работе современными физико-химическими методами исследований:
- химического анализа органических полупроводников;
- спектрального анализа жидкой и твердой среды (пленки);
- спектрофотометрического исследования;
- оптоэлектронного исследования.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Межвузовских семинарах по органическим полупроводникам
14
ё (г. Пермь, 1985; г. Горький, 1988-1989; г. Нижний Новгород, 1992); всесоюз-
ной конференции (г. Москва, 1984); совещании «Фотоэлектроника молекулярных систем» (г. Киев, 1989); V Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах (г. Калуга, 1990); II Международной научной конференции «Фотоэлектрические явления в полупроводниковых гетероструктурах» (г. Ашхабад, 1991); Международной конференции «Инженерные проблемы экологии» (г. Вологда, 1993); IV Международной научно-технической конференции «Распространение и дифракция
.1
электромагнитных волн в неоднородных средах» (г. Москва, 1994); I и II Ме-Ш ждународных конференциях «Актуальные проблемы химии и -химической техно-
логии» (г. Иваново, 1997, 1999); научно-практической конференции «Проблемы и перспективы использования солнечной энергии» (г. Москва, 1997); Международной научно-технической конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, 1998); Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности теплообменных процессов и систем» (г. Вологда, 1998); научно-технической конференции «Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование» (г. Новомосковск, 1998); II Международной конференции «Про-^ блемы и прикладные вопросы физики» (г. Саранск, 1999); V Международной кон-
ференции «Распознавание 2001» (г. Курск, 2001; II Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (г. Кисловодск, 2002); IV Международном экологическом форуме стран Балтийского региона (г. С.-Петербург, 2002); П Всероссийской научно-практической конференции (г. Великий Устюг, 2003).
Публикации. По результатам исследований изданы брошюра, два методических пособия с грифом УМО, опубликованы 183 работы, в том числе 44 статьи в центральной печати, получены 44 авторских свидетельства и 11 патентов. Под руководством автора защищено по теме диссертации четыре
15
кандидатских диссертации, закончен эксперимент и готовятся к защите 3 аспиранта, а также выполняют диссертационные работы четыре аспиранта.
В совместных работах автору принадлежит инициатива разработки способов изготовления солнечных элементов с гетеропереходом органический-неорганический полупроводник, исследование их характеристик и разработка конструкции измерителей интенсивности излучения, а также разработка способа изготовления датчиков газов и измерителей концентрации на их основе.
Впервые в солнечных элементах были использованы в качестве неорганического полупроводника монокристаллические пластинки п-типа из СаАь, любезно предоставленные нам для эксперимента сотрудниками ФТИ им.
А.Ф.Иоффе (г. С.-Петербург), а в качестве органического полупроводника -синтезированные и очищенные многократной возгонкой в вакууме металлф-талоцианины СиРс, СИпРс и СИпТФП. Эти соединения получены автором в результате совместных исследований с коллегами из Ивановского химикотехнологического университета (ИХТУ).
Автор благодарен ученым ФТИ им. А.Ф. Иоффе (г. С.-Петербург), ИХТУ и института химической физики АН РФ за предоставленную возможность использовать в своих исследованиях новейшие полупроводниковые материалы.
Струюура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, приложения и литературы. Работа содержит 229 стр., включая 76 рисунков, 23 таблицы и библиографию из 157 наименований.
*
16
ГЛАВА 1. ФОТОПРИЕМНИКИ С ГЕТЕРОПЕРЕХОДОМ ОРГАНИЧЕСКИЙ-НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПОЛУПРОВОДНИК: НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА
1.1. Основные свойства молекулярных органических кристаллов
В ряду гетероциклических органических красителей сильно выраженными полупроводниковыми и фотополупроводниковыми свойствами обладают фтало-цианины и их соединения с различными металлами. В настоящее время синтезировано и изучено около сотни производных фтапоцианинов. Они являются близкими аналогами порфирина, который создает основной молекулярный скелет фо-тосинтетического пигмента хлорофилла, а также скелет гема - важного пигмента в цепях электронного переноса в цитохромных ферментах, в митохондриях и хлоропластах. Фталоцианины могут рассматриваться как тетрабензопорфирины.
Структурная формула безметаллического фталоцианина (Н2Рс) представлена на рис. 1.1.(а). При замещении в молекуле Н2Рс атомов водорода двухвалентным металлом, как и в случае порфиринов, образуются стабильные комплексы фталоцианинового лиганда с центральным атомом металла рис. 1.1. (б)- МРс. При этом образуется координационная связь, которая по своей физической природе является донорно-акцепторной связью. В данном случае электронным акцептором может служить ион металла с незаполненной электронной оболочкой, а донором - неподеленные пары 2р2-электронов атомов лиганда. В результате двухвалентных связей металла образуются четыре симметричные донорно-акцепторные связи с координационным числом п = 4. Наиболее выраженный характер донорно-акцепторной связи имеют комплексы с ионами переходных металлов (Мп,Ре,Со,Иі и др.), вакантные сі - орбитали которых обладают большим сродством к электрону. Однако способностью образовывать координационные комплексы с фталоцианиновым лигандом обладают также двухвалентные металлы с заполненными б-орбиталями (Си, Ъъ и др.).
#
Рис. 1.1. Молекулярная структура безметаллического фталоцианина Н2Рс(а) и металлфталоцианина (МРс) (б)
Эти вещества обладают рядом интересных свойств, которые позволили их использовать в качестве полупроводниковых материалов в различных полупроводниковых устройствах [1,2]. Приведем основные:
18
1. Металлфталоцианины легко кристаллизируются и сублимируются, что позволяет получать материалы с чистотой порядка 1014- 1016 атомов примеси в 1 см3. Это высокая степень очистки для органических веществ [1,2].
2. Эти вещества обладают исключительной термической и химической устойчивостью. На воздухе РсМ почти не разрушаются вплоть до температуры 400-500°С, а в вакууме большинство таких комплексов не разлагается до 900°С [3].
3. Фталоцианины обладают особыми оптическими свойствами. Сопря-
I
женная я-система, содержащая 18 электронов в макроциклическом кольце, имеет очень интенсивные полосы поглощения при 400 и 700 нм. Фталоцианины являются сильноокрашенными пигментами зеленовато-голубого цвета с коэффициентом поглощения к\> 107 м'1.
4. Позволяют получать тонкие слои (б=20нм), что очень важно для оптоэлектроники и солнечных элементов [4-7].
5. Имеют широкий спектр поглощения от 200 до 1000 нм (рис. 1.2).
6. Путем легирования удельная проводимость изменяется на 6-7 поряд-ков от 10'14 до 10'7 Ом '-м'1 [1,2, 10].
7. Под действием различных газов проявляют свойства р- или п-типа полупроводников [2, 10].
8. Устойчивы к воздействию радиоактивного излучения [1, 10].
Однако эти уникальные свойства металлфталоцианинов полностью не
реализованы в фотоприемниках и датчиках токсичных газов.
1. Не разработан способ изготовления СЭ с ГП и не изучен механизм генерации заряда в солнечных элементах с изотипным и анизотипным гетеропереходом.
#
19
Рис. 1.2. Спектры поглощения: 1 - фталоцианин меди (СиРс);
2 - хлориндийфталоцианин (СПпРс); 3 - фталоцианин свинца (РЬРс)
2. Не изучено влияние экологически вредных газов на полупроводниковые свойства.
3. Не созданы измерители интенсивности излучения и, в частности, ультрафиолетового излучения.
4. Не разработан способ изготовления датчиков токсичных газов и не созданы измерители концентрации этих газов.
5 Не изучено влияние различных факторов на измерители УФ излучения.
Этим проблемам и посвящена настоящая работа.
*
20
1.1.1. Методы очистки металлфталоцианинов
Для исследования полупроводниковых свойств органических соединений и использования их для создания гетероструктур ОП/НП требуется получение вещества такого высокого уровня чистоты, который либо не требовался, либо не достигался в традиционной органической химии. Чистота материалов - проблема, которая в настоящее время становится решающей для дальнейших успехов в области использования органических полупроводников. Одним из свойств фталоцианина и некоторых его металлических комплексов, в том числе и фталоцианина меди, является его способность возгоняться в вакууме. Это позволяет для очистки таких материалов, наряду с традиционными методами (экстракции, перекристаллизации и т.п.), использовать метод вакуумной сублимации.
Таблица 1.1
Кристаллографическая структура (3- модификации _________некоторых металлфталоцианинов_____________________
Полиморфная форма Параметр Н2Рс[Ц БеРс [1] СиРс [1]
а - модификация; пространственная группа симметрии Р2,/а а, А 19,8 20,2 19,4
ь, А 4,7 4,8 4,8
с, А 14,8 15,0 14,6
Р, А 122,2 121,0. 120,6
[3-форма образуется при выделении фталоцианинов из органических красителей и выращиванием кристаллов при температуре выше 200°С. При более низких температурах сублимации получается а-форма [1].
В наших работах получен СиРс сверхвысокой чистоты, который и использовался при создании солнечных элементов. Более подробно этот материал изложен во второй главе.
0
- Київ+380960830922