Развитие оптоэлектроники в последние годы тесно связано с поиском новых материалов, способных заменить кремний в солнечных батареях, светодиодах и фотодетекторах. Одним из перспективных направлений стали перовскиты, которые легче в производстве и лучше поглощают свет в оптическом диапазоне, передает inbusiness.kz со ссылкой на пресс-службу Университета ИТМО.
Ученые Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) представили прорывный способ создания цветных перовскитных пленок с применением лазерного наноорнамента, который позволяет улучшить оптические характеристики материала и снизить риски брака. Работа опубликована в журнале Light: Advanced Manufacturing.
Перовскиты получают методами растворной химии, что делает их дешевле и удобнее для массового производства. Однако для современных оптоэлектронных устройств необходимо наноструктурирование, которое традиционно выполняют путем травления ионным пучком или лазерной обработки самой пленки. Такой подход часто приводит к повреждению материала и препятствует созданию сложных многослойных конструкций.
Исследователи ИТМО предложили иной метод: специальный наноорнамент формируется не на самой перовскитной пленке, а на подложке из диоксида титана с помощью лазерного метода структурирования поверхностей (LIPSS). При воздействии импульсного лазера подложка локально плавится и мгновенно застывает, создавая на своей поверхности бороздки различной формы и глубины. После нанесения перовскитная пленка перенимает свойства подложки, что придает ей новые оптические качества.
Внешне наноорнамент напоминает зыбь на воде или песчаные дюны, а полученный эффект аналогичен природному механизму окраски крыльев бабочек.
"Мы выяснили, что от наноорнамента также зависят фотолюминесцентные свойства перовскитных пленок, а именно диаграмма направленности фотолюминесценции — так называемого холодного свечения. Иными словами, мы можем “направить” свет в нужную область. При повороте пленки под разными углами люминесценция будет увеличиваться или уменьшаться, то есть мы будем получать более или менее яркий источник света без изменения других свойств материала. Это доказательство анизотропии света — главный научный результат исследования", — подчеркнула первый автор статьи, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники физического факультета ИТМО Александра Фурасова.
Еще одним преимуществом метода стала высокая скорость "записи" наноструктур: за минуту можно сформировать до одного квадратного сантиметра наноорнамента. При этом пленки из диоксида титана пригодны для повторного использования — с них можно смыть перовскит и нанести новый слой. Масштабирование также не представляет сложности, что делает технологию перспективной для промышленного применения.
"Примечательно, что в работе использовались передовые лазерные технологии для быстрой и высококачественной записи окрашивающих наноструктур. Вместе с коллегами из Института лазерных технологий ИТМО нам удалось оптимизировать процесс настолько, что мы смогли применять уже промышленные лазерные системы для такого рода прецизионных задач, когда толщина модифицированного слоя диоксида титана в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса", — отметил главный научный сотрудник и заведующий лабораторией гибридной нанофотоники и оптоэлектроники физического факультета ИТМО профессор Сергей Макаров.
Созданные пленки открывают возможности для разработки нового поколения солнечных батарей, светодиодов и фотодетекторов с улучшенными характеристиками. Ученые уже начали тестирование их в реальных устройствах, что приближает внедрение инновационных материалов в массовое производство.
Читайте по теме:
Гульнара Бижанова: Прикладная наука превращает вызовы ГМК в возможности для роста
