Проекты Московского Политеха: структурированные малодефектные тонкопленочные материалы для эффективных устройств наноэлектроники
В новой рубрике Московский Политех будет описывать проекты, которые реализуются студентами совместно с индустриальными партнерами вуза. В этом выпуске куратор проекта «Структурированные малодефектные тонкопленочные материалы для эффективных устройств наноэлектроники» Александр Казак расскажет о целях и задачах, применении разрабатываемых технологий и сотрудничестве команды с партнером.
Суть проекта: Получение малодефектных тонкопленочных органических материалов и изучение взаимосвязи структура-свойства. Это все направлено на эффективные устройства наноэлектроники.
Как получают пленки?
Пленки получаем на поверхности раздела фаз: жидкость-воздух, вода-воздух, которые дальше переносятся на твердую подложку.
Где применяются эти пленки?
В первую очередь, солнечные элементы. Сейчас во всем мире активно идут исследования и разработки органических элементов, так как кремний очень дорогой, неэкологичный. Солнечные элементы преобразуют солнечную энергию в электрическую. Это называется альтернативной энергетикой. Сейчас мы получаем энергию, сжигая газ и нефть. Это не возобновляемые ресурсы, поэтому люди также ищут им альтернативу. Хороший вариант – солнце, так как оно все время светит. Примером преобразования солнечной энергии в электрическую является фотосинтез: превращение солнечной энергии в химическую с помощью молекул хлорофилла.
Насколько это эффективно?
Уже сейчас на органических соединениях получают эффективность порядка 17-18%, когда у монокристаллического кремния эффективность составляет около 26-28%. Но были такие работы, которые показали, что целесообразно заменять монокристаллический кремний на органические фотоэлементы при их эффективности 3%, так как такие фотоэлементы дешевле и более безопасны.
Второе применение – оптические лимиты. Это ограничители лазерного излучения, необходимые для космонавтики, для пилотов. В космосе лазерное излучение очень активно, но оно встречается и в обычной жизни человека. От лазерного излучения страдают глаза пилотов, космонавтов. Электронная техника от такого лазерного излучения может выйти из строя. Наши пленки для видимого излучения прозрачны, пропускают его без проблем, а опасное излучение (лазерное) не пропускают, чем и защищают глаза и электронику.
Третье – различные сенсоры, например, газовые. Их можно устанавливать на промышленных предприятиях.
Чем занимаются студенты в данном проекте?
Студенты занимаются более теоретическими вопросами или моделируют процессы поведения пленок при различных условиях.
Учатся:
- Определять по экспериментальным данным условия формирования бездефектных, малодефектных пленок.
- При каких условиях невозможно формирование пленок.
- Определяют структуру пленок и показывают, как себя они проявляют, изучают их свойства.
В чем плюсы и минусы таких пленок?
Самым первым плюсом является то, что мы можем на молекулярном уровне контролировать структуру получаемых пленок и, соответственно, можем оптимизировать и получать наиболее эффективные пленки для того или иного применения. Варьируя их структуру, мы варьируем их свойства.
Вторым плюсом является то, что не требуется очень дорогое оборудование, все формируется на поверхности воды и другой субфазы. Но требуется достаточно чистая комната.
Третий плюс – формирование широких классов соединений, не растворимых в органических растворителях.
Минусы – трудное масштабирование в промышленность. Это возможно, но сложно.
Какие органические вещества входят в состав ваших пленок?
Это порфирины и фталоцианины в первую очередь. В зеленых органах растений находится вещество – хлорофилл, который как раз преобразует солнечную энергию в химическую. А хлорофилл является производным порфиринов. Порфирины и фталоцианины – гетероциклические соединения, которые являются красителями, применяются в оптике и электрооптике.
Студенты каких факультетов участвуют в проекте?
В основном, это технические специальности: химия, биотехнология, физика, биофизика и биохимия.
Какие свойства пленок вы изучаете?
- Оптические свойства – флуоресценсция, спектральные свойства
- Электрофизические свойства – преобразование энергии
- Сенсорные свойства – способность улавливать газы
Какой результат вы хотите получить к концу этого семестра?
Научить студентов работать с пленками, определять их структуру, свойства, зависимость этих двух параметров, чтобы дальше получать самостоятельно эти пленки и работать с ними непосредственно. Дать теоретическую базу.
