Ученые создали "электронный клей" на основе нанокристаллов

Ученые создали так называемый электронный клей для полупроводниковых нанокристаллов, благодаря этой разработке перспективные наноматериалы на их основе смогут в скором времени начать активно применяться в технологиях изготовления дешевых и эффективных солнечных батарей и термоэлектронных устройств.

Результаты исследования авторы - ученые химического факультета Чикагского университета (США) - опубликовали в журнале Science.

Несмотря на то, что традиционные полупроводниковые материалы нашли сегодня широчайшее применение во многих областях техники, технологии их получения и обработки с использованием больших по размерам монокристаллов остаются довольно дорогостоящими. Поэтому развитие, в частности, солнечных батарей, даже на основе хорошо освоенного в микроэлектронике материала - кремния - сильно осложнено из-за невозможности сделать эти устройства приемлемыми по цене для массового покупателя.

Полупроводниковые нанокристаллы, например, селенида или теллурида кадмия, имеющие размеры порядка нескольких нанометров, обладают рядом перспективных оптических и электрических свойств, которых нет у объемных материалов того же состава. Кроме того, технологии получения нанокристаллов полупроводников дешевы и просты. Поэтому материалы на основе пленок таких нанокристаллов гораздо более перспективны, чем традиционные монокристаллические полупроводниковые пластины.

Однако до последнего времени появлению таких материалов на основе нанокристаллов мешало то обстоятельство, что при их синтезе используются органические стабилизаторы, предотвращающие рост кристаллов больших размеров и их "слипание" в растворе. Эти органические стабилизаторы, покрывая поверхность кристаллов толстой оболочкой, не позволяют добиться хорошего электрического контакта между полупроводниковыми нанокристаллами, нанесенными на поверхность в виде пленок.

Дмитрий Талапин (Dmitri Talapin), руководитель научной группы на химическом факультете Чикагского университета, сумел впервые разработать методику замены органических стабилизаторов, называемых лигандами, на неорганические - молекулы халькогенидов металлов, такие как сульфид олова, селенид индия, теллурид цинка и другие.

Согласно его методике, нанокристаллы, выращенные с помощью органических лигандов в среде неполярного растворителя гексана, переводятся простым перемешиванием в среду полярного растворителя, диметилсульфоксида или гидразина, с растворенными в нем молекулами халькогенидов металлов. При этом поверхность нанокристаллов освобождается от длинных органических молекул, место которых занимают короткие неорганические молекулы халькогенидов.

Талапин и его команда показали, что такие стабилизаторы прекрасно предохраняют нанокристаллы от "слипания", а их поверхность - от окисления. Стабилизированные таким образом нанокристаллы полупроводников могут быть нанесены на поверхность в виде пленок. Если после этого пленки нагреть до сравнительно невысокой температуры в 200 градусов Цельсия, кристаллы приобретают хорошие электрические контакты, а электропроводность пленок на их основе резко увеличивается, так как связывающий их "клей" из халькогенидов, в свою очередь, сам приобретает полупроводниковые свойства.

"Улучшенное электронное взаимодействие между нанокристаллами полупроводников позволит получать новые материалы на их основе, перспективные для применения в солнечных батареях или термоэлектрических устройствах, напрямую преобразующих тепло в электроэнергию", - сказал Дмитрий Талапин РИА Новости.

"В настоящее время мы работаем над разработкой методов применения полученных нами материалов и испытанием прототипов устройств на их основе," - отметил ученый.