Исследователи из Университета Альберты исследовали структуру нанокристаллов кремния и показали, что аморфный слой отделен от кристалла промежуточным пластом. Результаты, полученные в ходе работы, были опубликованы в Solid State Nuclear Magnetic Resonance.

«Нам удалось показать, что крупные нанокристаллы кремния имеют слоистую структуру, неупорядоченную на поверхности и с кристаллическим ядром внутри, а между ними залегает промежуточный слой, — заявила одна из соавторов статьи Мишель Ха.

Нанокристаллический кремний представляет собой одну из аллотропных модификаций этого элемента. Строением он схож с аморфным кремнием, однако под хаотично организованной оболочкой скрываются нанометровые зерна кристаллов. При правильном выращивании материал хорошо проводит ток благодаря высокой подвижности электронов. Поглощение в красном и инфракрасном диапазонах делает нанокристаллический кремний подходящим для солнечных элементов. Повышенная по сравнению с аморфным кремнием стабильность материала достигается благодаря более низкой концентрации водорода.

Основное применение нанокристаллический кремний нашел в тонкопленочных солнечных элементах. Ширина его запрещенной зоны — области значений энергии, которыми не может обладать электрон, — равна таковой у кристаллического кремния. А значит, материалы можно объединить в многослойной тандемной ячейке. Верхний слой такой ячейки состоит из аморфного кремния, который поглощает видимый свет и передает инфракрасную часть спектра на нижний пласт — нанокристаллический Si.

Команда исследовала строение нанокристаллов кремния с помощью метода динамической поляризации ядер (ДПЯ). Для того чтобы детектировать сигнал, кристаллы выращивали из тяжелого изотопа кремния — 29Si. Чтобы получить достоверную структуру материала, ученые применили два протокола метода — непрямой (с внесением экзогенных бирадикалов) и прямой (где разорванные связи используются как эндогенные источники радикалов).

«Понимание структуры нанокристаллов кремния важно. Тщательно исследовав структуру, мы сможем оптимизировать функцию материала в различных сферах», — заключила другой соавтор статьи Александра Тиссен.