Сотрудники кафедры медицинской химии и тонкого органического синтеза химического факультета МГУ совместно с учеными из Института теоретической и прикладной электродинамики РАН и Антверпенского университета (Бельгия) разработали композиционные материалы для фотодетекторов, реагирующих на солнечное излучение.
Добавление уникальных красителей повышает эффективность фоточувствительных слоев и увеличивает скорость работы детекторов в 20 раз, при этом производство материалов оказывается дешевле в сравнении с неорганическими аналогами.
Работа, выполненная при поддержке гранта РНФ, опубликована в издании New Journal of Chemistry.
Бурный рост солнечной энергетики сопровождается активным поиском новых фоточувствительных материалов среди органических и неорганических соединений. Неорганические вещества, способные превращать энергию фотонов в электричество, традиционно используются активнее. Однако они довольно дорогие. К тому же, зачастую не обладают выраженным спектром поглощения, отвечающим за эффективное улавливание солнечного света и, как следствие, за эффективность фоточувствительных материалов. Органические соединения, наоборот, обладают ярко выраженной цветовой гаммой. Это особенно заметно на примере органических красителей, использование которых значительно повышает эффективность работы солнечных батарей. Поэтому химики МГУ попробовали сделать органический фоточувствительный материал.
«Мы создали фоточувствительные слои на основе особых красителей, активно поглощающих в видимой и ближней инфракрасной области спектра. Существует очень мало красителей, которые поглощают излучение ближнего ИК-диапазона, при том, что именно на эту область спектра приходится 30-40% от всего спектра излучения Солнца», – рассказала старший научный сотрудник химфака МГУ, руководитель проекта Татьяна Дубинина.
В процессе формирования материалов краситель включался в специальную полимерную матрицу, проводящую электрический ток. При интенсивном поглощении света через нее проходил сигнал, регистрируемый системой микроэлектронных компонентов. «С нанесением электродов и других составных частей фотодетектора нам помогли коллеги из Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, – пояснила Татьяна Дубинина. – У них имеется уникальное оборудование по вакуумному нанесению различных частей микроэлектроники».
Для оценки эффективности работы фотодетектора ученые измерили разницу между электропроводностью материала в темноте и на свету. Полученное значение в десятки раз превысило параметры для других соединений. Время, проходящее между попаданием света и регистрацией сигнала составило около 3 секунд – в 20 раз быстрее, чем у других фотодетекторов.
«Особенно важно было убедиться, что детекторы не разрушаются при длительной работе на воздухе. Для этого бельгийские коллеги измеряли потенциал окисления материалов в специальной электрохимической ячейке. Композиты оказались стабильны», – добавила Татьяна Дубинина.
В будущем разработанные материалы могут найти применение в системе «Умный дом». Фотодетектор будет сигнализировать об изменении освещенности в доме и передаст системе сигнал о необходимости включить или выключить искусственный свет. Авторы также планируют экспериментировать с нанесением композитов на гибкие подложки, разрабатывать фоточувствительные ткани.
