Российские учёные создали прозрачные электроды для умных окон, оптоэлектроники и солнечных панелей

Ученые из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (Владивосток) разработали и испытали технологию производства прозрачных электродов с впечатляющим набором свойств. Электроды остаются одновременно прозрачными в широком диапазоне волн без потери электропроводности. Обычно возможно либо первое, либо второе. Разработка будет интересна для производительной оптоэлектроники, фотогенерации и умного остекления.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Electronic Materials. По факту российские исследователи первыми разработали электроды на основе дигерманида кальция (CaGe₂) — соединения, состоящего из чередующихся двумерных слоев атомов кальция и германия. Учёные вырастили тончайшие плёнки этого материала, осаждая в вакуумной камере кальций и германий на подложку из оксида алюминия и проводя их температурную обработку при 750−850 °C.

Прозрачность полученных образцов преимущественно в инфракрасном диапазоне от 1000 до 4000 нм оказалась на уровне 78%. Затем был применён определённый технологический приём — образец «перфорировали» с помощью лазера, создав на нём что-то в виде клетчатого узора. Это сразу же увеличило прозрачность электрода до внушительных 90 % с одновременным расширением диапазона прозрачности в область видимого света. Электрод обрёл прозрачность в диапазоне от 400 до 7000 нм. Что важно, сопротивление практически не увеличилось, хотя объём токопроводящего материала существенно снизился.

Авторы исследования протестировали работу новых электродов в составе германиевого фотодетектора. Эксперимент показал, что чувствительность такого прибора на электродах из дигерманида кальция на 85 % превышает коммерческие аналоги. Кроме того, датчик оказался способен улавливать более широкий диапазон длин световых волн: 800–2200 нм по сравнению с 800–1900 нм у других подобных устройств.

Перфорация электрода фемтосекундным лазером и достигнутый при этом эффект. Источник изображения: ACS Applied Electronic Materials

«Самое очевидное и прямое применение полученных результатов — это развитие приборной базы телекоммуникационных технологий. Исследованные нами фотодетекторы и электроды чувствительнее аналогов, а также улавливают более широкий диапазон длин волн. Поэтому они помогут усовершенствовать линии оптической связи, например передачу интернет-трафика по оптоволокну», — рассказал участник проекта, Александр Шевлягин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории оптики и электрофизики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.

Кроме использования в оптических приёмниках и передатчиках, а также в составе солнечных ячеек разработка может стать находкой для умного остекления. Например, окно с таким покрытием может быть освобождено от наледи и запотевания простым пропусканием тока по своей поверхности, что улучшит энергоэффективность помещений в холодные и сырые времена года.