Лазерный мир

Новый тип фотодиодов способен улавливать частицы света примерно таким же образом, как они воздействуют на хлорофилл в листьях фотосинтезирующих растений.

Эти приборы послужат основой для новых типов мощных солнечных батарей, пишут исследователи в журнале Optica.

«Наши фотодиоды построены на базе подходов, позволяющих транспортировать оптическую энергию и преобразовать ее в электрический ток на больших расстояниях от ее источника. В этом отношении они повторяют то, как работают различные системы фотосинтеза в листьях растений. Это позволит улучшить работу солнечных батарей в ближайшем будущем», — заявил профессор университета штата Мичиган в Энн-Арбор (США) Стивен Форрест, чьи слова приводит пресс-служба журнала.

Фотодиоды представляют собой полупроводниковые устройства, способные поглощать фотоны и преобразовать энергию света в электрический ток. Они сегодня используются как для создания цифровых камер и датчиков света, так и в качестве основы для разных типов солнечных батарей. Эффективность их работы пока остается не очень высокой, что вынуждает исследователей искать новые подходы для создания фотодиодов.

Профессор Форрест и его коллеги разработали новый тип подобных полупроводниковых приборов, похожий по принципам работы на то, как светочувствительные белки в листьях фотосинтезирующих растений поглощают частицы света и извлекают из них энергию. Отличительная особенность этих молекул заключается в том, что одна из их частей отвечает за поглощение частиц света, тогда как энергия извлекается из поглощенных фотонов в очень далекой от нее цепочке аминокислот.

Новый тип фотодиодов

Разработанный учеными фотодиод представляет собой тонкую пленку из органического материала, одна часть которой отвечает за поглощение фотонов, а другая — за преобразование запасенной энергии в электричество. Между половинами пленки курсируют особые квазичастицы, которые ученые называют поляритон-экситонами. Они представляет собой комбинацию из электрона и «дырки», положительного заряда, а также электрона и частицы света.

В прошлом ученые считали, что подобные структуры могут существовать лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, однако российским физикам удалось несколько лет назад показать, что они могут возникать и при комнатной температуре, а также создать первый лазер на основе этой субстанции.

Физики из США приспособили поляритон-экситоны для переноса энергии внутри фотодиодов, что происходит подобно тому, как этот процесс протекает в хлоропластах растений. В этом отношении, по словам профессора Форреста и его коллег, их команде удалось значительно превзойти природу — поляритон-экситоны переносят энергию примерно на три порядка дальше, чем это делают белки в клетках растений.
Первые тесты этих органических фотодиодов показали, что они превосходят в светочувствительности и эффективности их кремниевые аналоги. В дополнение они способны вырабатывать электричество даже при очень небольшой площади поверхности, составляющей меньше 0,01 кв. мм. Это значительно расширяет их возможное применение на практике, подытожили исследователи.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/15624035