Разработка гетероструктурных переходов на основе углеродных, органических и металлоорганических материалов для полупроводниковых устройств оптоэлектроники и солнечной энергетики

Неоспоримым фактом является то, что в последние годы большой интерес проявляется к оптическим и транспортным свойствам наноструктур, построенных на основе полупроводниковых коллоидных квантовых точек. Коллоидные квантовые точки являются интересными объектами нелинейной оптики, одним из их основных преимуществ является высокая оптическая однородность коллоидного раствора. Применение КТ в устройствах фотовольтаики имеет перспективы, связанные с возможностью тонкой настройки энергетических уровней фотоэлемента, и модификации поверхности для увеличения эффективности поглощения света, в том числе за счёт расширения диапазона поглощения на ближний ИК и ближний УФ. Разнообразие молекулярных структур позволяет значительно расширить возможность современной электронной базы, используемой для генерации и трансформации оптического излучения как информационных, так и энергетических приборах и системах. При этом большое внимание привлекают свойства наноструктур, реализованных на базе полупроводниковых коллоидных квантовых точек (КТ). Особый интерес вызывают новые структурные, электрические и оптические свойства, полученные посредством включения проводящих и полупроводниковых наноматериалов в структуру КТ. Наряду с этим интерес к коллоидным КТ обусловлен квантово-размерным эффектом. Например, изменение размера КТ позволяет управлять положением пиков фотолюминесценции. При этом использование коллоидных растворов КТ позволяет получить необходимые для приложений тонкие плёнки достаточно простыми методами. Полупроводниковые коллоидные КТ сульфида серебра (Ag2S) являются перспективными материалами с точки зрения их использования в качестве активных слоёв в современной электронике. Они характеризуются высоким коэффициентом поглощения и излучения электромагнитной энергии, высокой химической стабильностью и шириной запрещенной зоны до 0.9-1.1 эВ. В ходе выполнения второго года выполнения проекта получены сэндвич-структуры на основе квантовых точек сульфида серебра ITO-Ag2S/SiO2-Al и ITO-Ag2S/SiO2/Au-Al. Установлено, что барьер Шоттки формируется на границе КТ Ag2S пленка-Al. С использованием двух методов были рассчитаны значения энергии активации процесса теплового возбуждения носителей заряда. Показано, что декорирование КТ Ag2S/SiO2 плазмонными наночастицами золота приводит к увеличению ширины запрещенной зоны с 0.29 до 0.89 эВ. Данный факт обусловлен проявлением мелких ловушек плазмон-экситонного взаимодействия в системе КТ Ag2S/SiO2/Au, что косвенно подтверждается уменьшением подвижности носителей заряда с 3.81×10-7 до 1.25×10-10 м^2/В*с. Полученные результаты дают возможность разработки модельных диодных структур на основе коллоидных КТ Ag2S/SiO2 и Ag2S/SiO2/Au. Комплексы меди b-phen являются интересными материалами для переизлучающих слоёв в фотовольтаике и оптоэлектронике за счёт изменения спектра люминесценции в зависимости от длины волны возбуждения. Данное явление проявляется в диапазоне длин волн возбуждения от 385 до 435 нм, с соответствующим переизлучением в диапазоне от 508 до 595 нм. Рассмотрено применение биядерных комплексов меди с пиридилтриазолом, в частности, комплекс меди C62H50Cu2I2N8P2 (b-phen), в качестве переизлучающего слоя для повышения КПД фотоэлементов. Получено увеличение КПД кремниевых фотоэлементов в ультрафиолетовой области с максимумом на 400 нм до 1.45%, в диапазоне 400-950 нм до 0,43%.