В Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» придумали процесс создания твердых тел следующего поколения из квантовых точек (КТ) или полупроводниковых кристаллов с диаметром всего несколько нанометров.
Это поможет сделать доступные солнечные панели, вбирать свет в широком спектре.
Сокращение первичных ресурсов вынуждает человечество искать альтернативу. Одним из перспективных источников энергии является Солнце, чей свет можно преобразовать в электричество. Используемые для этого устройства называются фотовольтаическими. В настоящее время они основаны на неорганических полупроводниковых материалах из кремния. Но они обладают множество минусов. Во-первых, эффективность кремниевых панелей ограничена. Это около 20%, потому что эти элементы не могут захватывать весь спектр солнечного света, и излучение проходит через них. Во-вторых, создание кремниевых фотоэлементов — сложный и дорогой процесс. Поэтому люди по всему миру изучают возможность использовать батареи из новых материалов, в том числе, наногибридных и органических полупроводников.
Квантовые точки состоят из десятков атомов. Их основной характеристикой является модификация свойств (оптических и электронных), при определенной форме и размере квантовой точки.
Физические свойства изменений квантовой точки происходят из-за ограниченного движения носителей заряда в пространстве (электронов и дыр).
В квантовых точечных носителях, иммобилизованных в трех измерениях, они находятся в «энергетической дыре». Носители заряда «прыгают» между квантовыми точками благодаря явлению под названием туннельный переход. Это процесс, когда электрон «прыгает» сквозь энергетический барьер, «высота» которого больше полной энергии электрона.
Существует эффект размерного квантования в квантовых точках — изменение свойств кристалла, в частности электрооптического. Все потому, что число атомов, образующих квантовую точку, зависит от разности энергетических уровней электронов и дыр, что влияет на диапазон поглощенного света.
Опубликованная работа показывает, что перенос заряда и энергии в конденсатах квантовых точек можно описать довольно простым способом, что значительно упрощает задачу теоретического моделирования переноса носителей заряда, которое нужно для улучшения характеристик оптоэлектронных устройств на основе квантовых точек.
Производство конденсатов с квантовыми точками происходит с помощью простых и дешевых методов, но нужно внимательно выбирать условия производства и тип органических молекул, «сшивать» квантовые точки между ними для создания высококачественного покрытия.
Возможность заменить лиганды позволяет изменить расстояние между квантовыми точками, а значит контролировать эффективность энергии и перенос заряда.
У исследователей «МИФИ» получилось применить технологию замены лигандов в условиях комнатной температуры.
Наногибридные материалы с квантовыми точками могут использоваться для создания фотогальванических элементов, светодиодов и сложных полупроводниковых структур.