Международная группа ученых во главе с исследователями из Лаборатории наноматериалов Центра фотоники и квантовых материалов (CPQM) Сколтеха разработала новый гибкий прозрачный электрический проводник на основе однослойных углеродных нанотрубок, который по своим характеристикам превзошел имеющиеся мировые аналоги. Этот материал открывает новые возможности для его применения в оптоэлектронике и энергетике.

Результаты исследования опубликованы в престижном международном журнале Nano Energy.

Большинство электронных устройств, которые окружают нас, сделаны с использованием прозрачных электродов на основе оксидов металлов с n-типом проводимости. Поиску эффективных проводников p-типа, где носителями заряда служат дырки, в настоящее время посвящено множество работ, так как их успешное внедрение в производство может помочь в решении многих технологических задач.

Прозрачные электроды как p-, так и n-типа необходимы для создания высокоэффективных многопереходных (каскадных) солнечных элементов и для фотокаталитического разложения воды. Использование углеродных нанотрубок в качестве гибких прозрачных проводников p-типа обещает большие перемены в электронике.

Гибкий и прозрачный проводник / © Пресс-служба Сколтеха

Ученые из Сколтеха применили рациональный дизайн проводника, включив в его состав пленки из углеродных нанотрубок, проводящие полимеры, оксиды переходных металлов и волокна из углеродных нанотрубок. Команда из Сколтеха вместе со своими партнерами из Университета Аальто (Финляндия), Института сетевых энергетических систем DLR (Германия) и Таллиннского технологического университета (Эстония) успешно использовала разработанный прозрачный электрод в солнечных элементах на аморфном кремнии.

«Мы обнаружили, что использование тонких многокомпонентных слоев и введение волокон из углеродных нанотрубок значительно улучшает свойства прозрачных электродов. Кроме того, такие волокна сами по себе могут быть использованы для замены традиционных металлических контактов. Солнечные элементы, которые могут быть изготовлены при комнатных условиях, с использованием разработанного нами прозрачного проводника p-типа и аморфного кремния дают рекордную эффективность преобразования энергии в 8,8%, что на 16% лучше по сравнению с традиционными солнечными элементами из аморфного кремния», – говорит первый автор статьи аспирант Сколтеха Прамод Малбагал Раджанна.

«Для достижения такой эффективности, мы спроектировали и создали новый прозрачный проводник р-типа с очень низким поверхностным сопротивлением, 17 Ом/кв, при 90% прозрачности материала в середине видимого диапазона, и высокой степенью механической гибкости. Это настоящий прорыв в прозрачной и гибкой электронике в применении углеродных материалов, в целом, и однослойных углеродных нанотрубок, в частности. Мы ожидаем, что это откроет новые возможности для применения таких проводников в оптоэлектронике, фотонике и энергетике», – объясняет Альберт Насибулин профессор РАН и руководитель Лаборатории наноматериалов Сколтеха.