Новейшие разработки гибридных наноматериалов для фотоэлементов

-->

Мадридский Исследовательский Институт Нанонауки (Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia – IMDEA Nanoscience), Испания сотрудничает с Университетом Гамбурга (University of Hamburg), Германия в разработке композиционных материалов на основе наночастиц полупроводников и углеродных нанотрубок с целью создания эффективных светодиодов и фотовольтаических устройств.

Группа доктора Беатриз Хуарез (Dr. Beatriz H. Juárez) работает над созданием гибридных материалов, обладающих всей совокупностью свойств, присущих составляющим нанокомпонентам.

Полупроводниковые нанокристаллы, или как их еще называют, квантовые точки, проявляют совершенно изумительные оптические свойства по сравнению с органическими красителями. Вследствие квантовых ограничений – потенциальной ямы (область пространства, где присутствует локальный минимум потенциальной энергии частицы), цвет их излучения может изменяться от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазона при вариации размеров и химического состава. Квантовые точки обладают высокой вероятностной характеристикой поглощения света, широким спектром поглощения и узким спектром излучения. Поверхность нанокристаллов может быть покрыта несколькими монослоями различных полупроводниковых материалов таким образом, что их излучательная способность и стабильность могут быть повышены, а паразитная флуоресценция практически подавлена. Благодаря их столь необычным оптическим свойствам и потенциалу использования, полупроводниковые наночастицы исследуют в различных областях науки- от оптики до медицины.

Вследствие комплексных усилий в последние 20 лет, сегодня ученые могут производить наночастицы из различных материалов, контролируя их размеры, форму и свойства поверхности. Примерами наночастиц, полученных с помощью коллоидных методов, являются CdS, CdTe, InP, GaAs, PbS, PbSe. Наиболее хорошо исследованной системой является CdSe с регулируемым излучением в диапазоне от синего до красного. При использовании метода горячего инжектирования поверхность наночастиц из CdSe может быть покрыта защитной оболочкой органического соединения, которая предохраняет их от растворения в неполярных органических растворителях. При необходимости работы в водных условиях, может быть нанесена другая оболочка, с новыми свойствами. Органическая оболочка играет важную роль в квантовой эффетивности наночастиц и их стабильности в различных средах. С другой стороны, используемые оболочки ограничивают электропроводность.

Углеродные нанотрубки являются еще одним примером наноматериалов с необычными электрическими свойствами. Они состоят из одного или нескольких свернутых в трубку слоев графенов. В случае единичного свернутого слоя их называют одностенными, а при наличии нескольких слоев – многостенными. Гибридные материалы, составленные из полупроводниковых наночастиц и углеродных нанотрубок, совмещают высокие поглощательные характеристики первых и сильные электрические свойства последних.

Одним из существенных недостатков процесса формирования таких гибридных структур является их взаимодействие друг с другом, которое может иметь различный характер. Большинство существующих на сегодня процессов включает в себя процедуру выращивания наночастиц на поверхностях или краях нанотрубок, где предварительно спровоцированы дефекты поверхности. При этом используются агрессивные химические реакции. Такая агрессивная обработка приводит к образованию на поверхности нанотрубок стойкого оксидного покрытия, а часто даже и к структурному повреждению материала, что в обоих случаях практически ликвидирует их выдающиеся электрические, механические и оптические свойства. В последнее время при создании фотовольтаических устройств большее внимание уделяют новейшим методам. Основные из них – супрамолекулярные (надмолекулярные) методы (супрамолекулярная химия – междисциплинарная область науки, включающая химические, физические и биологические аспекты рассмотрения более сложных, чем молекулы, химических систем, связанных в единое целое посредством межмолекулярных (нековалентных) взаимодействий) и методы электростатической функционализации.

Группа д-ра Хуарез работает над созданием таких гибридных материалов, которые, имея эффективную защитную оболочку у нанокристаллов, не теряют при этом важных свойств электропроводности углеродных нанотрубок. Одной из важных задач работы группы является также разработка стабильного процесса получения монодисперсных наночастиц с высоким кристаллографическим качеством и обеспечение плотного контакта между наночастицами и нанотрубками. Результаты разработок весьма оптимистичны- композиционные материалы демонстрируют хороший фотовольтаический отклик, инжектируя носители заряда в нанотрубки при возбуждении нанокристаллов. Даже в данной начальной фазе исследований, полученные результаты с очевидностью указывают на высокий потенциал таких композиционных материалов в создании фотовольтаических устройств и фотоэлементов.

Евгений Биргер

Опубликовано в NanoWeek,


Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.8 (6 votes)
Источник(и):

IMDEA Nanoscience: http://www.imdea.org/…Default.aspx