Источник фото — remstd.ru
Одним из ключевых элементов оптоволоконных устройств, использующихся в IT и солнечной энергетике, являются электроды, проводящие сгенерированный под действием света электрический ток. Согласно исследованиям, более высокой эффективностью отличаются оптические приборы, в которых электроды пропускают через себя свет, нежели те, в которых электроды непрозрачны. Однако вплоть до недавнего времени ученым не удавалось создать универсальные прозрачные электроды: обычно такие материалы либо недостаточно хорошо проводят ток, либо обладают высокой прозрачностью только в каком-то определенном диапазоне (например, в ближней инфракрасной области спектра).
Ученые из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН попытались решить эту проблему, разработав электроды на основе дигерманида кальция — соединения, состоящего из чередующихся двумерных слоев атомов кальция и германия. Авторы исследования вырастили тонкие (толщиной в десятки тысяч раз меньше миллиметра) пленки этого материала, осаждая в вакуумной камере кальций и германий на подложку из оксида алюминия и проводя их температурную обработку при 750−850°C.
Исследователи оценили прозрачность полученных образцов, пропуская через них свет разных длин волн. Оказалось, что материал пропускает до 78% излучения, но преимущественно в инфракрасном диапазоне от 1000 до 4000 нанометров. Для улучшения характеристик электродов, физики решили сделать с помощью лазера небольшие квадратные отверстия в пленке, чтобы на поверхности материала появился «клетчатый» узор. Перфорация позволила повысить прозрачность электрода до 90%, особенно в видимой области спектра. В результате электрод стал прозрачным уже в более широком диапазоне длин световых волн: от 400 до 7000 нанометров, при этом обработка не оказала существенного влияния на его электрические характеристики.
«Лазерная обработка приводит к образованию полностью прозрачных микроотверстий, и, чем больше их плотность, тем выше общая прозрачность области с узором. В то же время чрезмерная перфорация обычно приводит к увеличению электрического сопротивления пленки — второй важной характеристики любого прозрачного проводящего электрода. Чем выше сопротивление, тем больше потери при пропускании тока через электрод. В этом отношении необходим баланс между оптическим пропусканием и электропроводностью», – цитирует Российский научный фонд одного из авторов исследования, кандидата физико-математических наук Александра Кучмижака.
