Проект под руководством молодого сотрудника кластера лабораторий гибридных фотонных наноматериалов и нано-биоинженерии выиграл грант Российского научного фонда.

Проект "Двухфотонные процессы в гибридном материале на основе полупроводниковых квантовых точек и плазмонных наноструктур для применения в фотовольтаике и оптоэлектронике" одержал победу в конкурсе на получение грантов Российского научного фонда по мероприятию "Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых". Руководитель проекта — молодой сотрудник Лаборатории нано-биоинженерии Виктор Кривенков, только недавно защитивший кандидатскую диссертацию.

Суть проекта — в создании гибридного материала на основе золотых наностержней, электростатически или химически связанных с водорастворимыми квантовыми точками с многокомпонентной оболочкой, а также в изучении процессов поглощения, переноса и преобразования световой энергии в этом материале и его использовании для разработки прототипов новых высокоэффективных фотовольтаических и оптоэлетронных устройств.

Характерные для квантовых точек широкий спектр и большое сечение поглощения позволяют увеличить эффективность преобразования солнечного излучения в электричество в фотовольтаических ячейках на основе этих наночастиц. Кроме того, чрезвычайно большие сечения двухфотонного поглощения квантовых точек открывают перспективы создания нелинейно-оптических элементов, работающих в режиме двухфотонного возбуждения. Это позволит преобразовывать излучение инфракрасного диапазона, где традиционные фотовольтаические системы малоэффективны, в излучение видимого диапазона. Плазмонные наночастицы благородных металлов — в данном случае, золотые наностержни — имеют еще большие сечения поглощения, чем квантовые точки, но ничтожно низкий квантовый выход флюоресценции. Однако локальное усиление поля вблизи плазмонных наночастиц способно на порядок увеличить поглощение света расположенными рядом квантовыми точками, если оба типа наночастиц имеют перекрывающиеся спектры. При двухфотонном поглощении света эффект оказывается еще большим, поскольку в этом случае интенсивность поглощения растет пропорционально четвертой степени напряженности поля.

 

Другой, еще недостаточно изученный, но полезный для фотовольтаики эффект, наблюдающийся в такой гибридной системе, — увеличение вблизи плазмонной наночастицы вероятности биэкситонного возбуждения квантовой точки, при котором она поглощает один фотон, а испускает сразу два. При этом плазмонные наночастицы могут увеличить также и квантовый выход биэкситонной люминесценции квантовой точки, обычно ограниченный сильным кулоновским взаимодействием возбужденных зарядов. Применение биэкситонного возбуждения способно сделать квантовую эффективность солнечных элементов выше 100% в той области спектра, где энергия фотона более чем в два раза превышает ширину запрещенной зоны квантовой точки.

Изучение параметров, определяющих выраженность этих эффектов, позволит лучше понять фундаментальные процессы, лежащие в их основе, и создать фотовольтаические и оптоэлектронные элементы с рекордно высокой эффективностью преобразования света.

Гранты Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, предназначены для финансирования как фундаментальных, так и поисковых научных исследований: http://rscf.ru/sites/default/files/docfiles/izveshenie_P2.pdf

Контакты:

Младший научный сотрудник В. А. Кривенков (vkrivenkov@list.ru)

Директор по внешним связям М. Г. Коренкова (MGKorenkova@mephi.ru)

Лаборатория нано-биоинженерии,
Национальный Исследовательский Ядерный Университет "МИФИ",
115409 Российская Федерация, Москва, Каширское шоссе, д. 31.
www.lnbe.mephi.ru

 
 
 
© 2012 Laboratory of Nano-BioEngineering