Исследование электромагнитных процессов в наноструктурах и композитных материалах с целью создания на их основе новых элементов для опто- и радиоэлектроники : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Е. А. Стрельцов

Abstract

Объектом исследования являлись электроды на основе мезопористых пленок TiO2, In2O3, Al2O3 модифицированных наночастицами полупроводниковых халькогенидов (CdS, CdSe, PbSe, PbTe), поликристаллические пленки халькогенидов, а также фотоэлектрохимические процессы в водных растворах окислительно-восстановительных систем. Цель работы заключалась в разработке электрохимических и химических методов получения и методов физико-химической характеризации фоточувствительных композиционных пленочных материалов (фотоэлектродов), включающих квантоворазмерные частицы халькогенидных полупроводников и широкозонные оксиды, перспективные для использования в фотовольтаических преобразователях энергии электромагнитного излучения. Впервые осуществлен синтез фотоэлектрохимически активных пленочных гетероструктур TiO2/PbSe и In2O3/CdS с использованием катодных процессов недонапряжения адатомов металла на наночастицы халькогена (Se, Te), а также реакций послойной ионной адсорбции металла и халькогенид-анионов. Показано, что фотоиндуцированный перенос заряда с наноразмерных частиц халькогенида (PbSe, CdS) в мезопористую оксидную матрицу (TiO2, In2O3) позволяет сенсибилизировать фотоэлектроды к видимому свету. Высокая эффективность зарядового транспорта на твердотельной границе оксид/халькогенид обеспечивается тесным контактом наночастиц с подложкой, а их энергетические характеристики и спектральная чувствительность размером и степенью разупорядочения. На примере системы In2O3/CdS продемонстрирована высокая информативность спектроскопии комбинационного рассеяния света для исследования полупроводниковых наночастиц в фоточувствительных структурах. В результате выполнения работы разработан метод определения ширины запрещенной зоны и типа оптических переходов (прямые и непрямые переходы) для полупроводниковых электродов in situ в растворах электролитов путем анализа спектральной зависимости фотопотенциала в условиях разомкнутой цепи. Показано, что механически прочные, пористые матрицы на основе анодного оксида алюминия защищают наночастицы халькогенидов от химических и механических воздействий. Технологичность и относительно низкая стоимость позволяют рассматривать метод электрохимического синтеза (электроосаждения) в качестве перспективного для формирования фоточувствительных наноструктурированных халькогенидных элементов в солнечных фотоэлектрохимических ячейках третьего поколения.