Ученые Института автоматизации и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (РАН) разработали прозрачный электрод, который на 85% повышает светочувствительность экспериментального фотоприемника. Электрический проводник, изготовленный из соединения кальция и германия (хрупкого серебристо-белого неметаллического соединения), может быть использован для создания покрытий «умных окон». «Умные окна» нагреваются при низком электрическом напряжении, защищая от обледенения и запотевания. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Electronic Materials.
Одним из ключевых элементов волоконно-оптических устройств, используемых в сфере информационных технологий и солнечной энергетики, являются электроды, проводящие электрический ток, генерируемый светом. Согласно более ранним исследованиям, оптические устройства, в которых электроды пропускают свет, более эффективны, чем устройства с непрозрачными электродами. Однако до недавнего времени ученым не удавалось создать универсальные прозрачные электроды. Такие материалы обычно либо недостаточно хорошо проводят ток, либо обладают высокой прозрачностью только в определенном диапазоне (например, в ближней инфракрасной области спектра).
Ученые Института автоматизации и процессов управления Дальневосточного отделения РАН попытались решить эту проблему, разработав электроды на основе дигерманида кальция, то есть соединения, состоящего из чередующихся двумерных слоев атомов кальция и германия. Авторы исследования вырастили тонкие (в десятки тысяч раз тоньше миллиметра) пленки этого материала путем нанесения кальция и германия в вакуумной камере на подложку из оксида алюминия и подвергли их температурной обработке при температуре 750-850°C.
Чтобы оценить прозрачность полученных образцов, исследователи пропускали через них свет разной длины волны. Оказалось, что материал способен пропускать до 78% излучения, но в основном в инфракрасном диапазоне от 1000 до 4000 нанометров. Чтобы улучшить характеристики электродов, физики решили с помощью лазера проделать в пленке небольшие квадратные отверстия, чтобы на поверхности материала появлялся клетчатый узор. Перфорация увеличила прозрачность электродов до 90%, особенно в видимой области спектра. В результате электрод стал прозрачным в более широком диапазоне длин световых волн: от 400 до 7000 нанометров, при этом обработка существенно не повлияла на его электрические характеристики.
«В результате лазерной обработки образуются полностью прозрачные микроотверстия, и чем выше их плотность, тем выше общая прозрачность области рисунка. В то же время чрезмерная перфорация обычно повышает электрическое сопротивление пленки, вторую важную характеристику любого прозрачного проводящего электрода. Чем выше сопротивление, тем больше потери при протекании тока через электрод. В связи с этим требуется баланс между оптическим пропусканием и электропроводностью», – цитирует Российский научный фонд кандидата физико-математических наук Александра Кучмижака, одного из авторов исследования.
Источник: Ассоциация «Глобальная Энергия»
Источник новости:
Оцените статью!