О создании самого тонкого и наиболее эффективного из известных поглотителей видимого света авторы открытия, сотрудники Стэнфордского университета (США) во главе с Карлом Хагглундом (Carl Hagglund), сообщили на страницах издания Nano Letters.

Полученные ими результаты показывают, что

чрезвычайно тонкий слой материала способен поглощать почти 100 % падающего света с определенной длиной волны.

Достижение полного поглощения видимого света при применении минимального количества материала-поглотителя необходимо во многих областях, в том числе и производстве электроэнергии из солнечного света. Перспективность новой технологии очень велика, ведь сверхтонкие солнечные панели требуют меньше сырья, а значит, стоят дешевле и могут размещаться на большем количестве поверхностей.

Рис. 1. Слева: срез рекордного тонкопленочного светопоглощающего материала. Показаны три золотые наноточки слегка необычной конфигурации, каждая примерно 14х7 нм. Справа: каждая пластина содержит около 520 млрд золотых наноточек на квадратный дюйм (Фото: Carl Hagglund).

Идеальный солнечный элемент должен быть способен поглощать весь спектр видимого света, от фиолетового с длиной волны 400 нанометров до красного с длиной волны 700 нанометров, а также невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Ученые из Стенфорда смогли создать на основе золотых наноточек материал, который можно настраивать на поглощение максимального количества света.

Так, в ходе экспериментов новый материал поглощал рекордные 99 % красновато-оранжевого света с длиной волны около 600 нанометров. При этом сами наноточки абсорбировали 93 % света. Предыдущий «рекордсмен» для достижения аналогичных результатов требовал в три раза более толстый поглощающий слой.

Новый материал создан на основе триллионов круглых наночастиц золота размером 14–17 нанометров, размещенных с плотностью 520 млрд наноточек на 6.4 кв. см. Эти частицы размещаются на металлической ультратонкой пленке из сульфида олова, оксида цинка или оксида алюминия.

Ученые полагают, что если применить подложку из полупроводника, то можно будет собрать солнечную панель или установку для синтеза топлива. Сами наноточки можно настраивать, меняя длину поглощаемой волны, теоретически комбинация разных наноточек на подложке позволит создавать солнечные панели с рекордным поглощением света, но в 1000 раз более тонкие, чем современные тонкопленочные солнечные панели.

В эксперименте исследователи использовали три типа покрытий из сульфида цинка, оксида цинка и оксида алюминия с различными матрицами из наноточек. Ни одно из этих покрытий не поглощает свет, но, как заявляют исследователи,

теоретически показано, что при использовании полупроводникового покрытия имеется возможность передать поглощение от металлических частиц полупроводниковому материалу. Это позволило бы создать более долгоживущие энергичные носители заряда, которые можно было бы использовать в некоторых полезных процессах, например, для образования электрического тока или генерации энергии.

Конечная цель исследований – разработка улучшенных солнечных батарей и устройств синтеза топлива, использующих для поглощения солнечного света минимально возможное количество материала.

Также в настоящее время ученые работают над поиском замены для дорогостоящего золота, которое используется в лабораторных образцах нового материала. Золото стабильно, и из него просто изготовить наночастицы, но для промышленного применения желательно использовать другой материал.

Исследователи уверены, что в качестве альтернативы можно выбрать серебро: материал более дешевый, чем золото, и к тому же обладающий лучшими оптическими свойствами. Не исключено, что наноточки можно изготовить и из недрагоценных металлов.