Нелинейно-оптические, фотоэлектрические и электрические свойства полупроводниковых нанокристаллов и гибридных композитов на их основе

Целью проекта, направленного на решение проблемы повышения эффективности энергопреобразования и улучшения характеристик фотовольтаических и фотопроводящих устройств, является выявление особенностей нелинейно-оптических и электро-оптических процессов, протекающих в коллоидных полупроводниковых нанопластинках ранее неизученного состава, в том числе на основе твёрдого раствора и широкозонных материалов (селенида цинка и селенида кадмия) при одно-, двух- и трёхфотонном возбуждении экситонов и свободных носителей заряда короткими и ультракороткими лазерными импульсами; создание новых гибридных композиционных материалов на базе фотопроводящего полимера (PCDTBT, PTB7, F8BT и др) и вышеуказанных нанокристаллов и изучение их электрических и фотоэлектрических свойств. В процессе выполнения проекта будут достигнуты следующие результаты. Изучены процессы генерации, переноса и рекомбинации носителей заряда в исследуемых новых материалах, а также изучено влияние фундаментальных свойств полупроводниковых наноструктур на эти процессы. В частности, определены процессы, приводящие к изменению поглощения и показателя преломления коллоидных растворов нанопластинок в зависимости от режима лазерного возбуждения, изучены процессы разделения носителей заряда на границе раздела фаз композиционного материала, при протекании которых дырки оказываются в объеме полимера, а электроны в объеме неорганической фазы; рассмотрены процессы переноса электронов по состояниям неорганической фазы. На основе тонких плёнок композиционного материала будут созданы прототипы фотовольтаических и оптоэлектронных устройств для исследования процессов разделения носителей заряда и экситонов, а также эффективности их переноса в активном слое этих устройств. Таким образом, помимо изучения фундаментальных процессов в новых материалах, в ходе выполнения проекта будут созданы лабораторные прототипы фотоэлектронных устройств на базе новых композиционных материалов и исследованы их характеристики. Актуальность и новизна поставленных задач обусловлена тем, что в данном проекте планируется изучение нелинейно-оптических свойств как резонансных, так и безынерционных, в ранее неизученных коллоидных растворах нанопластинок (на основе твердого раствора CdSexS1-x и широкозонных ZnSe), а также гибридного композиционного материала нового типа, полученного путем внедрения в объем фотопроводящего полимера (PCDTBT, PTB7, F8BT и др) квазидвумерных нанокристаллов на основе селенида кадмия и селенида цинка. Критериями эффективности планируемых к созданию в ходе выполнения проекта нелинейно-оптических устройств выступают скорость и величина модуляции диэлектрической проницаемости исследуемых наноструктур. Одним из критериев эффективности фотоэлектрических устройств являются значения фоточувствительности и времени фотоотклика (для фотодетекторов и фототранзисторов), а также эффективности преобразования энергии (для светодиодов и солнечных элементов). Систематизированный подход к изучению квазидвумерных наночастиц разной структуры, формы и состава, а также сравнительный анализ планируемых в ходе исследований результатов фундаментальных физических явлений, ответственных за нелинейно-оптические, оптические свойства, за генерацию фототока и фотопроводимость, позволят определить оптимальные и наиболее перспективные, с точки зрения эффективности и быстродействия, наноструктуры для их последующего внедрения в технологию создания конкретных классов оптоэлектронных устройств.