Фотоприемники и солнечные элементы на основе наноструктур ZnO

Как один из многофункциональных тонких оксидных пленок с хорошей оптической передачей, электрической проводимостью, и катодолюминесценцией для различных электронных устройств или дисплеев, ZnO получил широкое применение и изучение. Он принадлежит к классу прозрачных оксидных проводников вместе с индий олово оксидом (ITO) и оксидом олова. ZnO имеет преимущество над ITO, так как он обладает способностью к восстановлению в окружающей среде. Он обладает, даже если не превышает, оптические и электрические свойства ITO. Также тонкие пленки полупроводника ZnO имеют прямую и широкую запрещенную зону (Eg=3.3 eV), если осаждение проводилось при умеренной температуре. Коэффициент пропускания видимого света через через тонкий слой ZnOбольше чем 80%.

В настоящее время активно ведётся разработка солнечных элементов (в том числе и из оксида цинка), и в основе многих прототипов лежат наноплазмонные эффекты. Если быть точнее, падающий на объект свет связывается с поверхностным плазмоном и создаются самостоятельные, распространяющиеся электромагнитные волны, которые называют поверхностные плазмон-поляритоны. На рисунке приведены некоторые из решений.

a. Геометрия «тандема». Полупроводники с различными запрещенными зонами укладываются друг на друга с разделением слоем металла. В результате различные части солнечного спектра связываются в плазмон-поляритоны в соответствующем слое полупроводника.

b. Плазмонные солнечные элементы на квантовых точках. Разрабатываются с целью усиления фотопоглощения в сверхтонких слоях квантовых точек с помощью связывания мод плазмон-поляритонов, распространяющихся в плоскости между Ag и слоем металла или диэлектрика с внедренными в него квантовыми точками.

c. Массив оптических антенн, расположенных параллельно плоскости, из металла и полупроводника. Свет сосредотачивается в наноразмерных границах между двумя частями антенны, и фототок генерируется в полупроводнике.

d. Массив коаксиальных отверстий в металлической пленке. Отверстия заполнены полупроводником с низким временем жизни неосновных носителей, и носители скапливаются в металле на внутренней и внешней сторонах структуры.