Исследователи из Национального института нанотехнологий (Канада), Корнеллского и Мичиганского университетов (оба — США) сконструировали фотодиоды на основе нанотрубок, которые заметно превосходят существующие аналоги по эффективности преобразования энергии.
В своих экспериментах авторы использовали однослойные углеродные нанотрубки длиной 3–4 мкм и диаметром 1,5–3,6 нм, которые располагались на подложках сложной структуры. Кремниевый слой подложек служил нижним затвором; поверх него наносился слой диоксида кремния толщиной 100 нм, а затем — молибденовые управляющие электроды толщиной 50 нм, которые покрывались еще одним слоем диоксида кремния. Контакты для нанотрубок были выполнены из золота и хрома.
При подаче напряжения смещения устройство функционировало как фотодиод. Для определения характеристик фотодиода исследователи направляли на нанотрубку лазерное излучение; по их словам, при значительном обратном смещении и температуре ниже 90 К начинался процесс ударного возбуждения (то есть попадание одного фотона вызывало образование сразу нескольких электронно-дырочных пар). Повышение напряжения смещения приводило к ступенчатому увеличению фототока; подняв энергию фотонов, ученые смогли увеличить размах «ступеней».
«Характеристики процесса говорят о том, что практически вся избыточная энергия фотона уходит на получение дополнительных электронов, — отмечает один из авторов работы Натан Гейбор (Nathan Gabor). — Это чрезвычайно важно, поскольку основным недостатком солнечных элементов являются как раз потери при преобразовании энергии».
Впрочем, развернуть промышленное производство подобных устройств в ближайшем будущем, скорее всего, не удастся. «Мы лишь исследовали физику процесса и доказали, что он возможен», — заключает г-н Гейбор.
