Новая энергетика

Созданы фотоэлементы, которые строят себя сами

Новости - Современные зарубежные разработки

Ученые продемонстрировали простой и дешевый способ создания самоорганизующихся электронных устройств. В их основе лежит тот факт, что вода и жидкое масло не смешиваются, но образуют сложные агрегатные молекулы на границе между жидкостями. Применение этого принципа может помочь развернуть массовое производство высококачественных электронных микросхем и других компонентов, отказавшись от известных методов создания печатных микросхем. До сих пор ученые пытались использовать силу тяжести при создании таких самоорганизующихся компонентов, прибегая к эффекту седиментации или осаждения взвешенных в жидкости смесей. В рамках этого метода на матрицы таких устройств наносятся углубления, которые по форме точно соответствуют микрочастицам, взвешенным в растворе. Последние осаждаются подобно песчинкам и занимают отведенные им позиции на матрице.

«Мы пытались в течение двух лет воспроизвести этот эффект, но нам никогда не удавалось создать работающие устройства», объясняет Хейко Якобс из университета штата Миннесота, который возглавлял группу исследователей.

Ученые решили применить эффект, хорошо знакомый каждому, кто готовил подливку к салату из масла и уксуса. Как известно, эти жидкости не смешиваются между собой. Сначала они создали матрицу, на поверхности которой был нанесен слой с выемками из сплава олова, которые соответствовали по форме компонентам солнечной батареи. Затем они изготовили собственно компоненты фотодиодной батареи — каждый из них представляет собой многослойную сборку из кремния и золота толщиной всего в несколько микронов. Каждая из сторон таких сборок имеет различные покрытия. Слой кремния имеет нанесенную на него гидрофобную (водоотталкивающую) молекулу. Слой золота, наоборот, имеет гидрофильную молекулу, которая притягивает к себе воду. Регулируя плотность обеих жидкостей в составе эмульсии, исследователи добились того, чтобы матрица находилась как бы в подвешенном состоянии между ними.

Массовое производство на конвейере

Такие матрицы протаскиваются с помощью конвейерного устройства через разделительную зону в эмульсии, при этом компоненты, содержащиеся в ней, притягиваются в отведенные им ниши на поверхности матрицы. Ученым удалось изготовить работоспособный прототип фотодиодного устройства, содержащий 65 тысячи компонентов, всего за 3 минуты. Доказав, что этот метод является продуктивным, исследователи заняты сейчас, с одной стороны, миниатюризацией компонентов, а с другой, усложнением конечных устройств.

Особый интерес вызывает тот факт, что этот метод применим практически ко всем материалам, в том числе к гибким и жестким, к пластикам, металлам и полупроводникам.

Бабак Парвиз, профессор нанотехнологии университета штата Вашингтон в Сиэтле, говорит, что этот метод легко масштабируется, и применим для создания материалов с новыми свойствами, необходимыми для массового производства фотооптических устройств и солнечных элементов.