Учёные из Национальной Лаборатории Возобновляемых Источников Энергии (NREL) и Лоуренсовской Национальной Лаборатории в Беркли (LBNL) разработали новый тип нанопроволоки – тонкий коаксиальный кабель, который смог бы значительно продвинуть вперёд энергетические технологии, в особенности, солнечные элементы, а также повлиять на другие передовые технологии, такие как квантовые вычисления и наноэлектроника.

Одна из ключевых проблем полупроводниковых солнечных элементов состоит в том, что электроны и дырки, образующиеся при поглощении света, перемещаются в одной и той же пространственной области, и могут рекомбинировать, испуская свет. Для применения в энергетике было бы желательно, чтобы возбуждённые электроны пространственно изолировались, что позволило бы использовать их для создания электрической разности потенциалов.

Рис. 1. Структура и модель нанокабеля (LBNL)

В традиционных коаксиальных кабелях имеется центральная медная жила и медная оплётка вокруг неё, а между ними находится изолирующий слой. Исследователи составили свои нанокабели по аналогичному принципу из двух материалов: нитрида и фосфида галлия (GaN, GaP). Было проведено теоретическое моделирование двух систем: в одной центральная жила состояла из нитрида галлия, а внешняя оболочка – из фосфида; в другой – наоборот. Модельные системы (см. рисунок) имели толщину порядка 4 нм (диаметр был ограничен вычислительной мощностью компьютеров). Реальные же диамтеры нанокабеля – 10–15 нанометров.

В обоих случаях необходимости в изолирующем слое не было. Это связано с тем, что оба материала являются полупроводниками, причём обладают различной шириной запрещённой зоны (энергия, которую необходимо придать для того, чтобы образовалась пара электрон-дырка, способная переносить электрический заряд). При совмещении двух таких материалов в одной структуре естественным образом возникает пространственное разделение заряда, что может снижать потери энергии, вызываемые рекомбинацией электронов и дырок и переизлучением света.

Василий Артюхов