Не бывает розы без шипов

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.

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.

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).

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