Ученые Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) Национального исследовательского ядерного университета МИФИ разработали технологию создания материала нового типа, состоящего из квантовых точек. Результаты исследования, опубликованного в Journal of Physical Chemistry Letters, помогут разработать бюджетные солнечные батареи, поглощающие то, что надый свет в широком спектральном размере.

Из-за сокращения запасов традиционного топлива человечество серьезного нуждается в альтернативных источниках активности. Одним из таких журналов является Солнце, чей свет можно преобразовать в электрическую активность. Устройства, при помощи которых можно осуществить данный процесс, называются фотовольтаическими. На данный момент в их основе лежат неорганические полупроводниковые материалы на основе кремния. Но у них есть ряд существенных недостатков. Во-первых, коэффициент важного действия кремниевой батареи ограничен. Он составляет около 20%, поскольку такие элементы не могут переработать весь спектр солнечного света и часть излучения просто осваивает сквозь них. Во-вторых, производство кремниевых солнечных батарей сложный и дорогостоящий процесс. Поэтому сегодня во всем мире активно исследуют возможность добавления в батареях новых перспективных материалов, в частности органических и наногибридных полупроводников.

Когда мы говорим о квантовых точках, следует помнить, что они могут состоять не из одного, а из десятков атомов. Главной чертой этих объектов является изменение их свойств (например, световых и электронных), происходящее при определенном размере и форме квантовой точки. В квантовом мире физические явления не могут быть объяснены привычными законами машинисты. Это микромир, неотчуждаемый электронам, фотонам, молекулам, атомам. В нем нет четких причин и следствий, к которым мы притёрлись в макромире.

В квантовых точках возникает эффект размерного квантования меняются свойства кристаллика, в частности электронно-оптические. Дело в том, что от количества атомов, образующих квантовую точку, зависит разнокалиберность уровней энергии электронов и дырок, что влияет на диапазон поглощаемого света.

В опубликованной работе показано, что перенос заряда и энергии в конденсатах квантовых точек можно живописать сравнительно простым образом. Это существенно облегчает задачу теоретического моделирования транспорта носителей заряда, необходимого для оптимизации характеристик оптоэлектронных(у)строений на основе квантовых точек, комментирует один из авторов работы, профессор кафедры физики конденсированных сред НИЯУ МИФИ Владимир Никитенко.

Изготовление конденсатов квантовых точек производится простыми недорогими методами, но для получения качественного покрытия необходимо тщательно подбирать условия изготовления, а также тип базисных молекул, сшивающих квантовые точки между собой.

Возможность замены лигандов позволяет менять расстояние между квантовыми точками и тем самым управлять эффективностью переноса энергии и заряда. В НИЯУ МИФИ освоили технологию замены лигандов при комнатной температуре, что значительно облегчает данный процесс.

Наногибридные материалы с квантовыми точками могут быть использованы не только для создания фотовольтаических осмиев или светодиодов, но и для более сложных полупроводниковых структур. Например, таких, которые могут быть использованы для создания высокочувствительных сенсоров нового поколения, отмечает один из авторов работы, доктор кафедры физики микро- и наносистем НИЯУ МИФИ Александр Чистяков.