Ein internationales Forscherteam von der Nationalen Universität für Nuklearforschung (MEPhI), Staatlichen Universität für Informationstechnologien, Mechanik und Optik Sankt Petersburgs (ITMO) und Hosei University (Japan, Tokio) hat mit der Schaffung von zweidimensionalen Hybridstrukturen auf Graphen- und Quantenpunktbasis begonnen.

Das Ziel des Projektes ist die Schaffung einer Struktur mit kontrollierbaren optischen und photoelektrischen Eigenschaften für ihre nachfolgende Anwendung in Solarzellen. Als Resultat soll der Prototyp einer Solarzelle mit einer Effektivität geschaffen werden, der die identischen Eigenschaften von gleichen Exemplaren übertreffen soll.

Zur Schaffung eines Nanohybrid-Materials mit Einsatz von Quantenpunkten wurde der Graphen – eine kristalline Kohlenstofffolie mit einer Dicke von einem Atom — ausgewählt. Er verfügt über einzigartige Eigenschaften, darunter über die hohe elektrische Leitfähigkeit, was ihn zu einem sehr zukunftsweisenden Material in der Nanoelektronik macht.

Dem Leiter des Projektes, MEPhI-Professor, Igor Nabijew, zufolge besteht „die Hauptaufgabe des Projektes darin, eine Hybrid-Nanostruktur zu schaffen und physische Mechanismen, die die Fotoerzeugung von Ladungsträgern in den dünnen Quantenpunktschichten kontrollieren, die auf der Oberfläche von Graphen-Blättern aufgetragen sind, zu erforschen. Zudem soll eine nicht-ausstrahlende Übertragung der Träger von den Quantenpunkten in den Graphen erforscht werden“.

„Wir werden eine wissenschaftliche Forschungsarbeit durchführen, die ein Verständnis dafür gibt, wie die Effektivität von existierenden Solarzellen erhöht werden kann. Das Resultat des Projekts ist ein Prototyp einer Solarzelle mit einer höheren Effektivität, als die existierenden", sagte der russische Forscher.

2D-Hybrid-Nanostrukturen, die mehrere Elemente mit verschiedenen funktionalen Eigenschaften vereinigen und einen Synergie-Effekt aufweisen, sind zukunftsweisende „Baublöcke“ für die Erzeugung von neuen Typen nanostruktureller Materialien mit erforderlichen optischen und photoelektrischen Eigenschaften. Erstens gelingt es die einzigartigen Eigenschaften der Quantenpunkte als effektiver Konzentrator für Strahlungsenergie im breiten Spektralbereich anzuwenden; zweitens kommen besondere elektrische Eigenschaften des Graphens zum Einsatz.

Dem ITMO-Professor aus Sankt Petersburg zufolge stehen vor dem Forscherteam Aufgaben für die Erzeugung von dicht verpackten 2D-Strukturen aus den in der MEPhI-Universität synthetisierten Quantenpunkten auf der Graphen-Oberfläche und für die Erforschung ihrer elektrooptischen Eigenschaften.

Bei der Umsetzung des Projektes werden zudem Parameter (statische und kinetische) der photoelektrischen Rückmeldung der Hybridstruktur auf ihre Bestrahlung mit Licht verschiedener spektralen Zusammensetzung und Intensität festgelegt.

Als Ergebnis werden Prototype konkurrenzfähiger photovoltaischer (Umwandlung der Lichtenergie aus Sonnenlicht in elektrische Energie) Systeme der neuen Generation geschaffen, die eine erhöhte Effektivität durch den Effekt der Erzeugung von Multiexzitonen aufweisen – eine starke Ionisierung, die mit einer Multiplizierung von Strom-Photoladungsträgern begleitet wird. Zudem werden infolge des Einsatzes von Quantenpunkten die „Transparenzfenster“ — schwache Seiten der Solarzellen auf Silizium- und Germaniumbasis- entfernt.

„Die neuen Systeme mit um mehrere Prozente erhöhter Effektivität können im Vergleich zu derzeit verwendeten Solarzellen einen realen Durchbruch in der Schaffung von neuen Quellen erneuerbarer Energien haben“, meint Igor Nabijew.

Dem Forscher zufolge ist „diese wissenschaftliche Initiative ein Beispiel für die Zusammenarbeit der russischen Universitäten – Teilnehmer des Programms „Projekt 5-100“.

(Quelle: Sputnik Deutschland / Copyright © Sputnik)