Химики научили фотодетекторы эффективнее реагировать на солнечный свет

Сотрудники кафедры медицинской химии и тонкого органического синтеза химического факультета МГУ совместно с учеными из Института теоретической и прикладной электродинамики РАН и Антверпенского университета разработали композиционные материалы для фотодетекторов. 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.

Бурный рост солнечной энергетики сопровождается активным поиском новых фоточувствительных материалов среди органических и неорганических соединений. Неорганические вещества традиционно используются активнее, однако они довольно дорогие. К тому же, зачастую они не обладают выраженным спектром поглощения, отвечающим за эффективность фоточувствительных материалов. Органические соединения, напротив, имею ярко выраженную цветовую гамму — это особенно заметно на примере органических красителей, использование которых значительно повышает эффективность работы солнечных батарей. Все это подтолкнуло химиков МГУ к попытке 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. У них имеется уникальное оборудование по вакуумному нанесению различных частей микроэлектроники», – пояснила Татьяна Дубинина.

Для оценки эффективности работы фотодетектора ученые измерили разницу между электропроводностью материала в темноте и на свету. Результат в десятки раз превысил параметры для других соединений. Между попаданием света и регистрацией сигнала проходило около 3 секунд, что 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 оцени изменение освещенности и передаст сигнал о необходимости включить или выключить искусственный свет. Авторы также планируют экспериментировать с нанесением композитов на гибкие подложки, разрабатывать фоточувствительные ткани.

Работа, выполненная при поддержке гранта РНФ, опубликована в издании New Journal of Chemistry.

• #Новые материалы