Американские ученые разработали новый класс светочувствительных материалов, в которых используются органические вещества и оксид цинка. Возможности таких материалов могут применяться в электронике и солнечных элементах.

Оксид цинка ZnO, известный также как цинковые белила и широко использующийся в современной косметической и химической промышленности благодаря отсутствию токсичности, бактерицидным свойствам и низкой стоимости, является также интересным соединением с точки зрения материаловедения благодаря своим фотоэлектрическим свойствам. В использовании оксида цинка при конструировании светочувствительных устройств ученые видят осуществление сложных инженерных задумок, сочетающих требования низкой стоимости, высокой степени чувствительности к различным длинам волн, экологической безопасности и возможности производства устройств на гибком носителе.

Ученые из Северо-Западного Университета (Northwestern University, Эванстон, США) применили свойства оксида цинка для создания нового класса фотоэлектрических материалов со слоистой структурой, в которых слои ZnO толщиной в 1 нм чередуются со со слоями органических веществ с толщиной 2–3 нм. Дизайн таких структур с использованием разных органических веществ определяет светочувствительные характеристики материалов и позволяет регулировать длину волны поглощаемого света.

Работа опубликована в журнале Nature Materials (A Synergistic Assembly of Nanoscale Lamellar Photoconductor Hybrids)

Новые материалы имеют чувствительность, сравнимую с широко используемыми в настоящее время кремниевыми светочувствительными материалами, и в то же время они менее хрупкие и менее дорогостоящие.

Структуру нового материала можно сравнить с книгой, страницы которой очень плотно прилегают друг к другу. Каждая «органическая» страница такой книги улавливает определенную световую волну и благодаря своей близости к странице из оксида цинка непосредственно передает на нее электроны, генерируя таким образом электрический ток. Этот процесс происходит благодаря комплементарной архитектуре гибридного материала, сочетающего p-тип проводимости в органическом и n-тип – в неорганическом слоях.

Материал можно получить на любой металлической или просто электропроводящей подложке. Органические молекулы обладают свойством самосборки и образуют слой толщиной в 2–3 нм. Тонкий 1-нм слой оксида цинка наносят методом электроосаждения, с термическим разложением прекурсора Zn(OH)2.

Важным условием эффективной работы солнечных элементов на основе таких материалов является высокая степень упорядоченности не только слоев в «книгах», но также и «книг» между собой. Сейчас ученые оптимизируют структуру макроскопических «библиотек».

Мария Костюкова