Ученые разработали способ производства нано-полупроводников в микроволновке

Инженеры из университета штата Юта объявили о новом способе производства полупроводниковых нанокристаллов из более дешевых и доступных и менее токсичных металлов, используя всем известную микроволновую печь.

Новая технология будет способствовать разработке и производству более эффективных фотоэлектрических солнечных элементов и светодиодных ламп, биологических датчиков и систем для преобразования тепла в электричество. По словам Майкла Фри, преподавателя на кафедре металлургии университета, некоторые коммерческие продукты на основе этой технологии будут доступны уже через пять лет.

В своей работе Майкл Фри и ведущий соавтор исследования Прашант Сарсват определили оптимальное время, необходимое для получения наиболее однородных полупроводниковых нанокристаллов из смеси меди, цинка, олова и серы (CZTS) – всего 18 минут в обычной микроволновой печи. Для подтверждения получения CZTS-нанокристаллов ученые использовали различные тесты, включая рентгеновскую кристаллографию, электронную микроскопию, атомно-силовую микроскопию и ультрафиолетовую спектроскопию. Более того, они построили небольшой фотоэлектрический солнечный элемент, чтобы подтвердить, что материал действительно работает, а также продемонстрировать, что нанокристаллы имеют «квантовое ограничение», свойство, которое делает их универсальными для различных приложений.

В отличие от традиционных фотоэлектрических полупроводников, в которых используются высокотоксичные кадмий и мышьяк, CZTS-нанокристаллы построены на основе более экологически чистых ингредиентов.

Суть нового метода заключается в следующем. Соли металлов растворяют в растворителе на основе олеиламина, а затем нагревают в микроволновой печи, при этом образуются «чернила», содержащие взвешенные CZTS-нанокристаллы. Теперь «чернила» наносятся на поверхность солнечного элемента, формируя высокоэффективный поглощающий (активный) слой. CZTS-нанокристаллы также могут быть использованы в сочетании с другими материалами для создания многослойных солнечных батарей.

Как отмечают ученые, использование микроволн для обработки материалов подавляет нежелательные химические «побочные реакции», что влечет за собой повышение выхода целевого материала.

Помимо солнечных элементов, CZTS-нанокристаллы могут быть использованы для термоэлектрического преобразования тепловой энергии, в том числе тепла от автомобилей и промышленных предприятий, для изготовления биосенсоров, а также в качестве компонентов электронных схем.