Разработка гетероструктурных переходов на основе углеродных, органических и металлоорганических материалов для полупроводниковых устройств оптоэлектроники и солнечной энергетики

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-22-10007

НазваниеРазработка гетероструктурных переходов на основе углеродных, органических и металлоорганических материалов для полупроводниковых устройств оптоэлектроники и солнечной энергетики

Руководитель Мазинов Алим Сеит-Аметович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" , Республика Крым

Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова Органические тонкие пленки, барьерные гетероструктуры, цинковый комплекс, гидразон, изатин, фуллерен, солнечный элемент, фотоэлектрические преобразователи, оптический спектр, люминесценция, электромагнитное излучение

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Революция в области применения оптоэлектронных молекулярных соединений привела к возможности использования принципиально новых фотоэлектрических материалов. Особый интерес появился и к связкам углеродных и органических материалов, которые могут стать мостиком между традиционной и органической электроникой. Появление возможности их использования в микроэлектронике и в фотоэлектрических технологиях позволило получить лучшее понимание свойств таких материалов и уверенности в их применении. Благодаря простоте и дешевизне производства органические функциональные слои особо привлекательны для фотогальваники и TFT схемотехники. В настоящий момент ощущается острая нехватка элементарных полупроводниковых приборов (интегральных микросхем, датчиков, сенсоров и т.д.) необходимых для построения различных электронных устройств. Это в первую очередь связанно с вызванной пандемией временной остановки крупных мощностей производства традиционных микроэлектронных устройств. Традиционные технологические цепочки конструирования микроэлектронных схем являются достаточно инертными в связи с использование в своей основе высокотемпературных кристаллических технологий. Постепенный переход в начале 2000х годов на органическую электронику дает возможность использования более гибких технологий, строящихся на органических материалах, позволяющих быстро в нормальных условиях и с меньшими затратами конструировать интеллектуальные электронные системы. Заметный прогресс в области органической электроники привлекает достаточно большое внимание, как научного сообщества, так и отрасли, которые занимаются созданием инновационных устройств. Рассматриваемая группа углеродных, органических и гибридных материалов практически отвечает всем предъявленным выше требованиям и при удачном нахождении оптимальных соотношений позволит более эффективно преобразовывать падающее электромагнитное излучение в нужный частотный диапазон, тем самым создавая датчики приема излучения на заданную частоту. Также одним из преимуществ органических систем является их чувствительность к широкому частотному диапазону, от ИК до ультрафиолета, включая видимый диапазон. Перестройка органических материалов в данном диапазоне достаточно проста и позволяет посредством внесения дополнительных лигандов задавать нужный спектр как поглощаемой так и излучаемой электромагнитной энергии. К тому же частотные свойства органических материалов используются, как правило, в видимом диапазоне и слабо задействованы в УФ, ИК и СВЧ диапазонах.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Гурченко В.С., Мазинов А.С., Тютюник А.С., Гревцева И.Г., Смирнов М.С., Асланов С.В., Овчинников О.В. Токовая неустойчивость в гетероструктурах на основе тонких слоев коллоидных квантовых точек Ag2Se и фуллерена С60 Письма в журнал технической физики, Т. 49, В. 21, С. 38 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.21.56463.19687

2. Гурченко В.С., Мазинов А.С., Тютюник А.С., Гревцева И.Г., Смирнов М.С., Чевычелова Т.А., Овчинников О.В. The voltage–current and spectral characteristics of thin layers of Ag2S quantum dots and their mixtures with plasmon nanoparticles Journal of the Korean Physical Society, V. 83(6), PP. 471–476 (год публикации - 2024)
10.1007/s40042-023-00890-y

3. Гурченко В.С., Тютюник А.С., Мазинов А.С. Фотоэлектрические и спектральные характеристики тонких пленок коллоидных квантовых точек сульфида серебра Прикладная физика (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Разнообразие молекулярных структур позволяет значительно расширить возможность современной электронной базы, используемой для генерации и трансформации оптического излучения как информационных, так и энергетических приборах и системах. При этом большое внимание привлекают свойства наноструктур, реализованных на базе полупроводниковых коллоидных квантовых точек (КТ). Особый интерес вызывают новые структурные, электрические и оптические свойства, полученные посредством включения проводящих и полупроводниковых наноматериалов в структуру КТ. Наряду с этим интерес к коллоидным КТ обусловлен квантово-размерным эффектом. Например, изменение размера КТ позволяет управлять положением пиков фотолюминесценции. При этом использование коллоидных растворов КТ позволяет получить необходимые для приложений тонкие плёнки достаточно простыми методами. Полупроводниковые коллоидные КТ сульфида серебра (Ag2S) являются перспективными материалами с точки зрения их использования в качестве активных слоёв в современной электронике. Они характеризуются высоким коэффициентом поглощения и излучения электромагнитной энергии, высокой химической стабильностью и шириной запрещенной зоны до 0.9-1.1 эВ. В ходе выполнения второго года выполнения проекта получены сэндвич-структуры на основе квантовых точек сульфида серебра ITO-Ag2S/SiO2-Al и ITO-Ag2S/SiO2/Au-Al. Установлено, что барьер Шоттки формируется на границе КТ Ag2S пленка-Al. С использованием двух методов были рассчитаны значения энергии активации процесса теплового возбуждения носителей заряда. Показано, что декорирование КТ Ag2S/SiO2 плазмонными наночастицами золота приводит к увеличению ширины запрещенной зоны с 0.29 до 0.89 эВ. Данный факт обусловлен проявлением мелких ловушек плазмон-экситонного взаимодействия в системе КТ Ag2S/SiO2/Au, что косвенно подтверждается уменьшением подвижности носителей заряда с 3.81×10-7 до 1.25×10-10 м^2/В*с. Полученные результаты дают возможность разработки модельных диодных структур на основе коллоидных КТ Ag2S/SiO2 и Ag2S/SiO2/Au. Комплексы меди b-phen являются интересными материалами для переизлучающих слоёв в фотовольтаике и оптоэлектронике за счёт изменения спектра люминесценции в зависимости от длины волны возбуждения. Данное явление проявляется в диапазоне длин волн возбуждения от 385 до 435 нм, с соответствующим переизлучением в диапазоне от 508 до 595 нм. Рассмотрено применение биядерных комплексов меди с пиридилтриазолом, в частности, комплекс меди C62H50Cu2I2N8P2 (b-phen), в качестве переизлучающего слоя для повышения КПД фотоэлементов. Получено увеличение КПД кремниевых фотоэлементов в ультрафиолетовой области с максимумом на 400 нм до 1.45%, в диапазоне 400-950 нм до 0,43%.

Публикации

1. Мазинов А.С., Тютюник А.С., Гурченко В.С. Электрофизические и температурные характеристики тонких слоёв квантовых точек Ag2S Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии., Т. 16, № 3, С. 387-394 (год публикации - 2024)
10.17725/rensit.2024.16.387

2. Тютюник А.С., Гурченко В.С., Мазинов А.С. Влияние переизлучающего слоя органической тонкой плёнки на КПД кремниевых солнечных батарей Конденсированные среды и межфазные границы, Т. 27, № 2, С. 316-322 (год публикации - 2025)
10.17308/kcmf.2025.27/12808

3. Гурченко В.С., Тютюник А.С., Мазинов А.С. Study of Temperature Dependences and Electrical Properties Of Thin Films Of Ag2S Quantum Dots International Journal of Nanoelectronics and Materials (IJNeaM), Vol. 18, No. 1 (год публикации - 2025)