Новости: Технологии

Нанокристаллические полупроводники (ColNCs) являются перспективным материалом для фотовольтаических применений ("солнечная энергетика"), благодаря их высокой фотоактивности и дешевизне. В последнее время было предложено большое число подходов к созданию фотовольтаических устройств на их основе, таких как использование композитов ColNC-полимер, послойное осаждение ColNCs разного типа (гетероструктур) или их нанесение на различные подложки. Однако в большинстве случаев высокая фотоактивность полученных материалов нивелируется низкими показателями транспорта носителей заряда между нанокристаллами.

Семейство халькогенидов свинца активно исследуется в качестве материала для создания эффективных солнечных батарей в силу большего боровского радиуса экситона (18 нм, 47 нм и 150 нм для PbS, PbSe и PbTe, соответственно). Устройства, созданные на основе PbSe, демонстрируют высокий фототок, в то время как использование PbS позволяет получить более высокое напряжение разомкнутой цепи. При этом возможно получение твердых растворов замещения.

Группа ученых под руководством П. Аливисатоса из University of California, Berkeley (UCB) предложила простую методику синтеза монодисперсных, высококристалличных тройных ColNCs состава PbS_xSe_1-x. Смесь 446 мг PbO, 1,4 г олеиновой кислоты и 10г октадецена нагревали до 150^оС в 50 мл трехгорлой колбе в течение часа. После этого к раствору быстро приливали раствор триоктилфосфина-Se (TOP/Se), триметилсилилсульфида (TMS₂S) и дифенилфосфина, взятых в необходимом соотношении, в октадецене и оставляли при температуре 150^оС в течении 90 с. По истечении указанного времени реакционную смесь закаляли, резко снижая температуру до комнатной и добавляя в колбу 5 мл безводного гексана. В силу более высокой реакционной способности TMS₂S по сравнению с TOP/Se соотношение S и Se в полученных нанокристаллах, по данным резерфордовского обратного рассеяния, отличалось от их соотношения в прекурсоре (см. рис 2). По данным ПЭМ, полученные монодисперсные нанокристаллы представляют из себя твердые растворы с однородным распределением S и Se. Результаты оптических измерений представлены на рис.3. Для исследования фотовольтаических свойств нанокристаллы нанесли на покрытое ITO (~300 нм) электропроводящее стекло погружением последнего в раствор ColNCs в гексане. Эту процедуру многократно повторяли до получения приблизительно 100 нм слоя ColNCs, после чего на него электроннолучевым испарением напыляли алюминиевый контакт.

На рис.4 показана зависимость фототока и напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) от состава нанокристаллов. Так, для состава PbS_0,7Se_0,3 J_sc = 14.8 мА/см², а V_oc=0,45 В. Эффективность полученного устройства составила 3,3%, что вдвое больше, чем для простых бинарных PbS и PbSe. Увеличение плотности фототока связывают с увеличением боровского радиуса экситона в полученных трехкомпонентных нанокристаллах по сравнению с чистым PbS. "Электронная связанность" отдельных нанокристаллитов возрастает, что приводит к улучшению транспорта носителей заряда в материале.

Единственное, о чем можно жалеть, - это своеобразная для таких систем спектральная чувствительность, о чем мы ранее сообщали на сайте...