В Германии создан самособирающийся наноматериал для солнечных батарей

Немецкие ученые научились получать сверхтонкие листы полупроводникового материала сульфида свинца с высокой фоточувствительностью напрямую в процессе синтеза нанокристаллов этого вещества, эти пластины могут найти применение в конструкциях фотодетекторов, а также солнечных батарей и других возобновляемых источников энергии, сообщается в статье исследователей, опубликованной в четверг в журнале Science.

Авторы публикации показали, что в процессе синтеза нанокристаллы PbS, имеющие размеры не более трех нанометров, самоорганизуются в тонкие двумерные структуры микронных масштабов, напоминающие листы толщиной всего 2-3 нанометра. Эти листы, будучи собраны из отдельных фрагментов, тем не менее, ведут себя как единый кристалл и обладают высокой фоточувствительностью, прозрачностью и электропроводностью, что может быть использовано для создания солнечных элементов на их основе.

Как показала группа Хорста Веллера (Horst Weller) из Гамбургского университета в Германии, для того, чтобы запустить процесс самосборки нанолистов сульфида свинца, ученым необходимо всего лишь добавить еще один растворитель в реакционную смесь, где протекает реакция синтеза.

Нанокристаллы сами по себе являются чрезвычайно нестабильными частицами, а потому проявляют немалую склонность к "слипанию" в большие неупорядоченные "комки". Чтобы этого не происходило в реакционной смеси, в нее, как правило, добавляют стабилизаторы - специальные химические соединения с длинной неполярной углеродной цепочкой, имеющей полярную функциональную группу на одном конце. Примером такого вещества является олеиновая кислота.

Эти молекулы "прикрепляются" одним концом (полярным) к нанокристаллу, создавая вокруг него "шубу" из неполярных отростков, которая и предохраняет вновь синтезированные нанокристаллы от слипания.

Веллер показал: если на начальной стадии синтеза в реакционную смесь добавить какой-нибудь дополнительный хлорсодержащий растворитель (например, дихлорэтан), то он не только ускорит скорость формирования новых нанокристаллов, но и окажет воздействие на "шубу" из олеиновой кислоты. В результате она разделится на две половины, покрывающие нанокристаллы с противоположных сторон.

Такие нанокристаллы, как показали ученые, могут приближаться друг к другу с боковых сторон, а также вступать во взаимодействие и образовывать большие по размерам плоские кристаллы сульфида свинца нанометровой толщины. Как показали электрофизические измерения, проведенные в лаборатории Веллера, эти листы обладают прекрасным фотооткликом именно за счет своей плоской структуры, а потому могут найти широкое применение в качестве материалов для фотодетекторов и элементов конструкции солнечных батарей.

"Получаемые таким образом нанолисты могут сразу применяться для создания фотодетекторов без дополнительной обработки", - пишут авторы исследования в своей статье.