Как известно, в "классической" ячейке Гретцеля в качестве анода используется высокопористый нанокристаллический оксид титана (IV). Однако в последнее время все большую актуальность приобретает оксид цинка (II), поскольку считается, что благодаря большей подвижности электронов при его использовании возможно уменьшить потери при рекомбинации. Но несмотря на высказанные предположения о возможном повышении эффективности преобразования энергии, ученым пока не удалось приблизиться к эффективности солнечных батарей на основе TiO2 (5,8% против 11.2%). Но исследователи не унывают и продолжают совершенствовать структуру анода из ZnO, в частности за счет увеличения площади поверхности.
По этому пути пошел международный колектив исследователей, который предложил метод получения "древообразных" структур ZnO (рис.1). В отличие от существующих массивов наностержней ZnO (в которых благодаря одномерной структуре снижается вероятность рекомбинации), предложенная авторами статьи структура обладает гораздо более развитой поверхностью, и тем самым способна увеличить эффективность преобразования энергии по сравнению с существующими анодными материалами.
Ученые разделили процесс синтеза на две стадии - рост "стволов" (LG) и рост "веток" (BG) (рис.2). Для роста стволов авторы статьи приготовили затравки наноточек ZnO на подложке FTO (диоксид олова, допированный фтором). После этого подложка с затравками была погружена в раствор нитрата цинка, уротропина и политиленимина при температуре 65-95 0С на 3-7 часов. После этого излишки полимера были удалены промыванием в дистиллированной воде. Повторяя гидротермальный процесс несколько раз, можно получить "стволы" необходимой высоты. Однако, если после формирования "ствола" подвергнуть массив гидротермальной обработке в жестких условиях (3500С в течение 10 минут), снова добавить затравки наноточек ZnO и затем вновь подвергнуть массив гидротермальной обработке, то вместо роста "ствола" будет наблюдаться рост "веток". Комбинируя процессы роста "стволов" и "веток", ученым удалось получить "нанолеса" необходимой высоты и густоты (рис.3).
Авторы статьи сравнили физические характеристики различных полученных ими солнечных батареи (в качестве красителя используется комплекс рутения N719) на основе массивов, которые сведены в таблице (рис.4). Нетрудно заметить, что с ростом длины "стволов", а также с увеличением густоты "нанолеса" эффективность преобразования энергии, как и предполагалось, растет (в первом случае за счет уменьшения вероятности рекомбинации, а во втором за счет увеличения количества адсорбированного красителя). Хотя полученные величины все еще весьма далеки от приемлемых, тем не менее, в данной статье ученым удалось продемонтрировать пятикратный рост эффективности преобразования энергии при переходе от одномерных до "древовидных" структур ZnO, что может быть весьма полезным для дальнейших исследований.
