Новый фоточувствительный композит на основе оксида цинка, который можно использовать для резисторов солнечных элементов и устройств «прозрачной» электроники, разработал междисциплинарный коллектив ученых Южного федерального университета (ЮФУ), 5 октября сообщает пресс-служба вуза.

Уникальным свойством таких фоточувствительных резисторов является возможность работать и в ультрафиолетовом, и в видимом диапазонах. Кроме того, они обладают очень коротким откликом, составляющим долю секунды, и высокой оптической прозрачностью в видимом световом диапазоне.

В настоящее время идет бурное развитие такого направления исследований, как создание эффективных фоточувствительных материалов, которые могут стать основой для «прозрачной» электроники будущего. Одним из них может стать оксид цинка, считают исследователи ЮФУ.

«Прозрачная» электроника — это направление в электронике, которое ориентировано на создание пропускающих свет электронных устройств и компонентов.

Междисциплинарная команда исследователей ЮФУ под руководством профессора Виктора Петрова из Института нанотехнологий, электроники и приборостроения (ИНЭП) и доцента химфака Екатерины Баян разрабатывают тонкие пленки на основе оксида цинка с добавками оксида кобальта или алюминия.

В своем недавнем исследовании ученые провели поиск простого, недорогого и в то же время перспективного метода синтеза тонких пленок и подбор для них оптимальных электрофизических параметров, которые сделают синтезированные пленки перспективными для применения в фоточувствительных элементах.

Результаты этой работы они представили в статье «Поликристаллические прозрачные тонкие пленки ZnO, легированные Al, для фоточувствительности и оптоэлектронных приложений», опубликованной в журнале Nanomaterials.

Ее итогом стали синтезированные композиты Co₃O₄-ZnO, уникальные свойства которых обеспечивают контролируемое изменение электрофизических, оптических и фотоэлектрических характеристик.

На основе этих композитов были созданы фоточувствительные резисторы ультрафиолетового и видимого диапазонов, время отклика которых составляло рекордные 26 миллисекунд.

Другие алюминиевые пленки Al-ZnO, синтезированные командой, обладают высокой оптической прозрачностью (94%) в видимом диапазоне света. Это делает их идеальным материалом для различных оптических устройств.

Профессор кафедры техносферной безопасности и химии ИНЭП ЮФУ д. т. н. Виктор Петров рассказал об успехах, достигнутых исследовательской командой:

«Создание таких материалов — это лишь первый шаг. Нам удалось не только достичь высокой фоточувствительности, но и обеспечить материалы высокой оптической прозрачностью, что открывает новые перспективы для солнечных элементов и устройств „прозрачной“ электроники».

Тонкие пленки учеными были синтезированы с использованием запатентованного в ЮФУ метода низкотемпературного твердофазного пиролиза, который позволяет создавать пленки толщиной от 30 до 600 нм.

Междисциплинарная команда ЮФУ провела всестороннее исследование синтезированных пленок с помощью рентгеновской дифракции, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, атомно-силовой микроскопии и Кельвин-зондовой силовой микроскопии.

Электрофизические и фотоэлектрические свойства новых материалов изучались на уникальных исследовательских установках, разработанных для этих целей инженерами и сотрудниками ИНЭП.

«Для нас каждый этап исследования по-своему интересен, но, пожалуй, самое захватывающее — это видеть структуру и морфологию полученного материала, а потом результат применения этого материала в датчиках», — поделился Виктор Петров.

Исследователи отметили, что от многочисленных существующих в мире новых фоточувствительных материалов синтезированный их коллективом материал отличается чувствительностью к свету и в ультрафиолетовом, и в видимом диапазоне с высокой скоростью реакции.

А созданные ими оптически прозрачные пленки позволяют контролировать как оптические, так и электрофизические свойства, что обеспечивает возможность синтезировать материалы с заданными характеристиками для создания определенных приборов и устройств.

В дальнейших планах коллектива работы по созданию тонких пленок на основе оксида цинка, легированного ионами различных металлов, в том числе меди и никеля.

Также намечены исследования оптических, электрических, каталитических и газочувствительных свойств разработанных материалов с использованием методов математического моделирования для оценки потенциала их использования в солнечных элементах и других высокотехнологичных устройствах.