Инженеры из Чикагского университета опробовали перспективный способ создания полупроводниковых слоёв из раствора.

В солнечной энергетике учёным приходится искать компромисс между стоимостью производства и эффективностью работы устройств. К примеру, полупроводниковую основу элементов большой площади гораздо удобнее формировать «печатным» способом, с применением растворов, но полученные слои будут иметь намного более низкую подвижность электронов, чем полупроводники, выращенные при высокой температуре из газовой фазы. Последний вариант изготовления оказывается (что неудивительно) менее экономичным.

Американцы попробовали увеличить подвижность носителей, доступную для «печатного» метода, задействовав в опытах коллоидный раствор нанокристаллов селенида кадмия CdSe. Для того чтобы отдельные частицы CdSe «склеивались», их поверхности функционализировали комплексами In₂Se__4^2-.

Рис. 1. Нанокристаллы CdSe (a) и CdSe/CdS под просвечивающим электронным микроскопом (иллюстрация из журнала Nature Nanotechnology).

Полупроводниковый слой из такого раствора можно сформировать при относительно низкой температуре в 200 ˚C. Измерения показали, что подвижность электронов в этом случае достигает 16 см²•В^–1•с^–1.

«Указанная величина примерно на порядок превосходит значения подвижности для лучших из известных нам образцов, которые изготавливались аналогичными способами», — комментирует руководитель исследования Дмитрий Талапин.

Демонстрируя возможности своего способа, учёные сконструировали фотодетекторы на основе наночастиц с сердцевиной из CdSe и оболочкой из сульфида кадмия CdS, использовав те же лиганды In₂Se₄^2–. Обнаружительная способность этих устройств превышала 10¹³ см•Гц^0,5/Вт, что стало рекордом для нанокристаллов полупроводниковых материалов типа A^IIB^VI (кадмий входит во вторую группу периодической системы химических элементов, а селен и сера — в шестую).

Рис. 2. Нанокристаллы CdSe размером 2,5 и 4,2 нм, функционализированные In₂Se₄^2– (иллюстрация из журнала Science).