Вторая лаборатория: нитевидные покрытия со специальными оптоэлектрическими свойствами
В научно-образовательном центре «Нанотехнологии и покрытия» Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ совместно с ФТИ им. Иоффе осваивают и ставят на производство новую российскую технологию создания покрытий на основе структурированного оксида индия и олова (ITO).
«Прелесть ITO в том, что это абсолютно прозрачная пленка (коэффициент пропускания света может доходить до 99 %), человеческим глазом она практически невидима, но проводит электрический ток. В этом и кроется основная особенность, которая определяет массовое применение этих пленок для изготовления сенсорных экранов, мониторов, дисплеев, солнечных панелей и любых других устройств, где нужно одновременно пропустить свет и подать или снять ток с ячейки», — пояснил руководитель проекта, доцент кафедры прикладной химии Александр Семенча.
Совершенствуем солнечные батареи
Покрытия на основе оксида индия и олова также нужны для работы солнечных батарей.
«Солнечный элемент состоит из активной поверхности, которая преобразует солнечный свет в электрический ток, а дальше этот ток нужно каким-то образом собрать по всей площади солнечной панели. Его собирают через токопроводящий контакт. Но если нанести обычный металл, он будет затенять солнечный свет. Поэтому ITO покрытия — наилучший способ создания эффективных солнечных батарей», — отметил ученый.
Разные группы ученых борются за усиление КПД солнечных батарей. Один из способов, который они предлагают – «сконструировать» показатель преломления самого покрытия таким образом, чтобы он плавно изменялся от одной границы покрытия до другой.
«Такое покрытие не только помогает свету достичь активной области элемента, но и делает это одинаково эффективно для различных длин волн и направлений распространения света. На выходе — КПД прибора увеличивается», — добавил основной исполнитель проекта Лев Марков.
«Пленка ITO наносится вакуумным осаждением. Исходный материал может распыляться различными методами (с помощью электронного луча или магнетронного источника, осаждаясь на подложку), и получается тонкая пленка. Мы пришли к выводу, что, если оптимизировать условия осаждения, изменив, например, температуру, при которой он осаждается, то пленка растет не обычным образом, а в виде нановолокон», — отметил Семенча.
В этом и заключается ключевая особенность разработки: если посмотреть на полотно волокон в электронный микроскоп, то складывается впечатление, что ты из космоса смотришь на густой лес с деревьями, растущими под разными углами, причем в глубине леса плотность деревьев особенно высока.
С точки зрения оптических свойств материала получается разный показатель преломления: по поверхности он близок к воздуху, а в глубине нарастает и достигает значений, близких к показателю преломления подложки, что позволяет свету не отражаться, а эффективно проходить внутрь самого покрытия и сквозь него. Питерские ученые фактически убрали из технологического процесса антибликовое покрытие, а это весьма дорогостоящая операция, которая к тому же ухудшает эффективность самого покрытия.
Любуемся ювелирными украшениями
Работая над этим проектом в рамках программы «Приоритет-2030» нацпроекта «Наука и университеты», ученые получили интересный побочный продукт. Когда они ставили эксперименты с разными металлами, у них получилась высокопрочная прозрачная керамика, которая выдерживает высокие температуры (1300 °С), обладает высокой износостойкостью и может иметь различные цветные оттенки.
Разработкой уже заинтересовался известный ювелирный бренд, который встраивает в свои дизайнерские украшения декоративные шпинели. Изначально питерские исследователи создавали эти камни в пробирке, но в настоящее время новая технология поставлена на поток и позволяет производить до 10 тысяч камней в месяц.
Источник: РИА Новости
