• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
141
Раздел: Физика
Не бывает розы без шипов

Не бывает розы без шипов

Гибридные фотоэлектрические устройства с неорганическими и полимерными компонентами являются перспективными для малозатратного и широкоформатного превращения солнечной энергии в электричество

На представленной фотографии, полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа – массив наноструктур из оксида цинка, синтезированный с помощью низкотемпературно гидротермальной реакции. Однако при неоптимальных условиях такая структура вместо ожидаемой формы становится похожа на цветок

Более того, объединение высокоупорядоченных анизотропных наноструктурированных полупроводящих материалов с большим количеством гетероструктурных органических фотоэлементов – это жизненно необходимая задача для дальнейшего развития фотоэлектрической энергетики. Такое объединение категорически необходимо для настоящего прорыва в светоулавливании и генерировании фототоков. Для эффективной реализации возможностей гибридных фотоэлектрических устройств необходимо решить целый ряд разнообразных и трудных проблем, включая оптимизацию контакта между органическими и неорганическими компонентами, направленность переноса зарядов и контролируемую сборку органических и неорганических компонентов.

Эксперименты показали, что образование и рост наноструктур ZnO, различающихся по морфологии, строго зависит от температуры субстрата и наличия примесей на поверхности. Микрофотографии, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают микронные размеры и неоднородность образования многочисленных центров кристаллизации ZnO. Это в дальнейшем может привести к образованию наноструктур оксида цинка с гетерогенной структурой

Основное внимание нашей группы направлено на решение этой проблемы в части разработки стратегий производства наноструктурированных полупроводниковых материалов с регулируемыми размерами, типами морфологии и фотохимическими свойствами для последующего включения в органические фотоэлементы. Реализация этого проекта включает синтез и проектирование вертикальных одномерных наноструктур из окиси цинка, которые способствовали бы конверсии солнечного света в электроэнергию. В то время как наноструктуры на основе оксида цинка показали превосходные результаты в различных новых технологиях от аккумулирования солнечной энергии до биосенсоров, возможность контроля их размеров и структуры все еще остается ключевой проблемой при производстве устройств с воспроизводимыми свойствами и высокой эффективностью преобразования солнечной энергии. С этой целью мы разработали удобные пути синтеза, которые дают возможность контролировать как размеры, так и морфологию неорганических наноструктур. С помощью такого контроля мы можем задавать необходимые значения работы выхода и размеры запрещенных зон, что, в конечном счете, приведет к увеличению эффективности гибридных фотоэлектрических устройств.

Приготовление слоя-затравки из ZnO играет решающую роль для дальнейшего роста вертикально организованных нанопроволочных структур оксида цинка. Для получения хороших магнитных, электрических и оптических свойств необходим контроль морфологии наноструктур оксида цинка и их поверхности. Наши усилия были направлены на то, чтобы самосборка наночастиц ZnO происходила с образованием отчетливых иерархических структур, но тем ни менее как условия обработки, так и примеси на поверхности привели к образованию складчатых неупорядоченных структур

Идеальное гибридное фотоэлектрическое устройство с неорганическими и полимерными компонентами основано на взаимопроникающем переплетении неорганических и полимерных полупроводниковых структур. Именно такую конфигурацию, состоящую из материала со свойствами донора/акцептора электронов, в солнечных батареях, как правило, получают с помощью гетероструктур, где полимер, в частности, поли-3-(гексилтиофен), проникает в высокоупорядоченный массив неорганических структур n-типа, таких как наностержни из оксида цинка. Такая конфигурация обеспечивает свободный перенос электронов от полимера к неорганическим наностержням после того, как фотогенерированные экситоны разделяются в зоне контакта. С другой стороны, невозможность контролировать морфологию и разделение донорной и акцепторной фаз приводит к рекомбинации носителей и низкой эффективности накопления заряда на электродах. Возможность получать идеально собранную взаимопроникающую структуру обеспечит более эффективную диссоциацию экситонов в зоне контакта. И хотя оптимальные наноструктуры из оксида цинка обеспечили возможность создания более эффективных фотоэлектрических устройств, внешне они менее интересные, чем предыдущие (рис. 8, 9).

С помощью гидротермального роста на затравочном слое были синтезированы наноструктуры разнообразного строения. Высокоупорядоченные нанопроволоки из оксида цинка способны значительно улучшить перенос электронов в гетероструктурных солнечных батареях. Тем не менее, оказалось, что характерные нанорубчики, которые образовывались на поверхности до оптимизации синтеза, разрушают структуру поверхности и существенно влияют на эффективность преобразования электроэнергии в гибридных фотоэлектрических устройствах с органическими компонентами

Л. Виттейкер, Юэ-Лин (Линн) Лу (Отделение химической и биологической инженерии,
Принстонский университет, США)

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!

comments powered by HyperComments