ИСТИНА

Проведен анализ научно-технической литературы, особое внимание уделено использованию фотоннокристаллических материалов и одномерных полупроводниковых наноструктур в качестве электродов солнечных батарей. Показаны перспективы подхода, основанного на использовании фотоннокристаллических материалов для увеличения эффективности взаимодействия света с поверхностью солнечной батареи. Для получения высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей выбран ряд современных синтетических методов, включающий процессы анодирования, магнетронного напыления, потенциостатического осаждения металлов и др., применение которых позволит решить задачи, поставленные в ТЗ НИР. Предложенная конструкция фотоэлектрических преобразователей с жидким электролитом позволит обеспечить надежный контакт с большой площадью поверхности.Оптимизирована методика формирования и проведен синтез пористых пленок анодного оксида алюминия с узким распределением пор по размерам. Микроструктура полученных образцов охарактеризована с помощью растровой электронной микроскопии высокого разрешения. Показано, что оксидные пленки с заданным диаметром пор в диапазоне от 20 до 250 нм могут быть получены путем анодирования высокочистого (не менее 99,99 %) алюминия в 0,3 М растворе щавелевой кислоты при напряжениях от 20 до 160 В и температуре 0-1 °С. Для создания пористых пленок с явно выраженной фотонной запрещенной зоной предпочтительно использование импульсных режимов анодирования с кулонометрическим контролем толщины слоев. Оптимизирован метод формирования массивов анизотропных нанонитей ZnO, CdS и CdSe в матрице анодного оксида алюминия. Предложенный способ синтез полупроводниковых наноструктур основан на потенциостатическом электроосаждении металлов и последующей химической или электрохимической модификации. Фазовый состав нанонитей подтвержден набором взаимодополняющих методов, таких как рентгенофазовый анализ и локальный рентгеноспектральный микроанализ. Описаны экспериментальные методики синтеза образцов темплатов пористого анодного оксида алюминия с различным диаметром пор и расстоянием между ними. Показано, что для формирования пленок с упорядоченной структурой целесообразно использовать метод двухстадийного анодирования в растворах серной и щавелевой кислот. Предложен новый метод анализа упорядоченности пористой структуры и кривизны пор по данным малоугловой дифракции синхротронного (рентгеновского) излучения. На основе дифракционных и микроскопических данных предложена модель роста пористых пленок, доказывающая возможность отклонения направления роста пор от нормали к пленке на небольшой угол (1-2 °). Описаны разработанные экспериментальные методики синтеза образцов фотоэлектрических преобразователей на основе ориентированных массивов полупроводниковых нанонитей. Показано, что оптимальными составами электролитов для электрокристаллизации Zn и Cd являются растворы 0,6 М ZnCl2 + 4 М NH4Cl и 0,25 М CdSO4 + 1,2 М (NH4)2SO4 + 0,4 М H3BO3, соответственно. Разработана программа и методика испытания функциональных свойств экспериментальных образцов фотоэлектрических преобразователей, включающая аттестацию оптических и электрических характеристик разрабатываемых материалов. Проведено моделирования процесса распространения и поглощения света в двумерных фотонных кристаллах на основе пористых пленок анодного оксида алюминия. Показана возможность локализации света в структуре создаваемого фотоэлектрического преобразователя в случае правильно подобранного периода структуры и процента заполнения пространства веществом. Разработана и создана ванна для анодирования алюминия, позволяющая проводить эксперименты в контролируемых условиях на образцах с площадью до 100 см2. Проведены пуско-наладочные работы, определен оптимальный температурный режим работы охладителя. Проведен синтез пористых темплатов с упорядоченной пористой структурой. Была отработана методика получения нового фотоннокристаллического материала для создания фотоэлектрических преобразователей. Данным материалом является периодически наноструктурированная пленка пористого оксида алюминия, полученная методом импульсного анодирования алюминия при переменной плотности тока анодирования. Полученные наноструктуры обладают фотонной запрещенной зоной, как в спектре отражения, так и в спектре пропускания. Предложенная технология изготовления наноструктур на основе анодного оксида алюминия позволяет создавать фотонную запрещенную зону в видимой и ближней ИК областях спектра, при этом данный материал является оптически прозрачным в данных областях спектра. Фотонная запрещенная зона проявляется в спектрах отражения в виде резонансного максимума, и в виде резонанского минимума в спектрах пропускания. При этом контраст фотонной запрещенной зоны по коэффициенту отражения и пропускания достигает значения 1:20. Разработан лабораторный регламент на процесс формирования фотоэлектрических преобразователей на основе пористых пленок анодного оксида алюминия. Показано, что для данной цели наиболее подходят анизотропные наноструктуры CdS, которые могут быть получены путем двухстадийного синтеза: 1) электрокристаллизация металла в каналах пористой матрицы анодного оксида алюминия; 2) сульфидирование нанонитей путем анодной поляризации в 1 М растворе Na2S. Полнота заполнения каналов темплатов металлами охарактеризована тремя взаимодополняющими методами: с помощью кулонометрии, растровой электронной микроскопии и элементного анализа. Экспериментальные данные свидетельствуют, что предложенные методики электроосаждения позволяют достичь высокой степени заполнения темплата металлом: 91 % при электроосаждении кадмия и 88 % при электрокристаллизации Zn. Для получения высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей использован ряд современных синтетических методов, включающий процессы анодирования, магнетронного напыления, потенциостатического осаждения металлов и др., применение которых позволило решить задачи, поставленные в ТЗ НИР. Фотоэлектрические преобразователи на базе сульфида кадмия в матрице анодного оксида алюминия демонстрируют напряжение холостого хода вплоть до 0,64 В. Проведены исследования по возможности применения полученных фотонных наноструктур для увеличения эффективности фотоэлектрических преобразователей и рассмотрено несколько схем применения данных фотонных кристаллов в элементах солнечных батарей.