Химики из МГУ создали идеальные наночастицы для солнечных батарей

Российские ученые научились очень точно и дешево изготовлять фотонные кристаллы, способные послужить основой солнечных батарей и световых компьютеров будущего. Описание методики их производства было опубликовано в журнале Electrochemistry Communications.

"Применяемые ранее методики анодирования не позволяли получать материалы с высокой степенью периодичности структуры. Мы разработали новую методику, которая позволяет очень точно контролировать толщину слоев с различной пористостью в формируемой оксидной пленке", - рассказывает Сергей Кушнир, научный сотрудник химического факультета МГУ.

За последние годы ученые создали несколько искусственных материалов, необычных оптических структур, превращающих волны одного вида в другие виды электромагнитного излучения. К примеру, в 2012 году физики из США создали прибор, превращающий свет в микроволновое излучение, а в 2014 году другая группа ученых разработала прототип "инфракрасных" световых линз, экспериментируя с кусочками графена.

Многие подобные конструкции, "нарушающие" законы классической оптики, могут значительно повысить КПД работы солнечных батарей, стать основой световых компьютеров и улучшить точность многих других световых приборов. Проблема заключается в том, что их нужно производить с очень высокой точностью, что делает их или дорогими, или непригодными для промышленного использования.

Кушнир и его коллеги решили эту проблему для одного из таких "чудо-материалов", фотонных кристаллов. Они представляют собой набор из множества кусочков разных веществ, обладающих разными оптическими и диэлектрическими свойствами. Их комбинация, выложенная в определенный "узор" - кристалл - ведет себя как единый объект с "невозможными" характеристиками.

Как рассказывают ученые, химики достаточно давно научились получать подобные структуры, пропуская ток через электроды из титана, погруженные в воду, и меняя особым образом напряжение и силу тока. Эти флуктуации электричества будут постепенно окислять одну из титановых пластин и превращать ее в пористый материал, состоящий из множества фотонных кристаллов.

Подобные кристаллы дешевы в производстве, однако они обладают достаточно низким качеством, так как длина слоев пустоты и титана внутри них достаточно сильно варьируется. Российские химики изучили, как возникают подобные дефекты в фотонных кристаллах, и подобрали новую комбинацию электрических импульсов, которая не вела к их появлению.

Эта "программа" производства наночастиц, как пишут исследователи, учитывала не только колебания в силе и напряжении тока, но и общий заряд, который пропускался через титановую пластину. Подобная модификация этой методики создания фотонных кристаллов позволила Кушниру и его коллегам создать идеально ровные "частоколы" из нанотрубок фактически идентичных размеров, чего раньше не удавалось достичь при помощи электродов.

Успешное создание подобных частиц, как отмечают исследователи, позволит повысить эффективность работы солнечных батарей примерно в 1,5 раза, что открывает большой простор для их практического применения.