Тривиальный полуметалл с нетривиальными свойствами — ученые Института автоматики и процессов управления ДВО РАН создали новый материал на основе дисилицида кальция (CaSi2) для солнечных элементов, «умных» окон или обычных сенсорных экранов.

Александр Шевлягин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории оптики и электрофизики ИАПУ ДВО РАН:

«Ни одно оптоэлектронное устройство, например, фотодетектор, светодиод или солнечный элемент, не может эффективно работать без контактного материала с одновременно достаточной прозрачностью в требуемом диапазоне длин волн и высокой электропроводностью. Оксид индия-олова (ITO), являясь материалом с высокой прозрачностью в видимом спектре, подходит для большинства солнечных элементов, включая популярные в последнее время перовскитные. Однако вектор современной технологии производства направлен на разработку более тонких светопоглощающих материалов, продиктованную уменьшением издержек. В этом случае появляется и дополнительное требование к разрабатываемым прозрачным проводящим материалам — гибкость, которой ITO не обладает в силу своей хрупкости. Более того, что касается сенсорных и светоизлучающих приложений, существует очевидный пробел в прозрачных проводящих материалах в ближнем инфракрасном и среднем инфракрасном спектральных диапазонах. Именно поэтому продолжается активный поиск альтернатив ITO.»

Ученым ИАПУ ДВО РАН удалось получить и исследовать полуметаллический дисилицид кальция, тонкие пленки которого обладают высокой оптической прозрачностью в широком спектральном диапазоне и высокой электропроводностью, что делает его конкурентноспособным по сравнению с широко применяемыми аналогичными материалами. При этом, для получения пленок CaSi2 используются нетоксичные и распространенные материалы:

«Мы получили пленки CaSi2 высокого кристаллического качества на подложках кремния и сапфира, демонстрирующие конкурентоспособные электропроводность и широкополосную оптическую прозрачность в инфракрасном диапазоне длин волн, включая важные телекоммуникационные диапазоны. Впервые продемонстрирована частичная оптическая прозрачность CaSi2 в видимом диапазоне. Установлено, что природа одновременно высокой оптической прозрачности и высокой электропроводности связана с уникальной электронной структурой CaSi2, который является полуметаллом.»

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ №19-02-00123_a и стипендии Президента Российской Федерации 2021-2023 для молодых ученых в рамках проекта «Гетероструктуры на основе тонких пленок полуметаллических силицидов кальция для кремниевой фотовольтаики». Опубликована в журнале «JournalofAlloysandCompounds» Q1 (Scopus), Q1 (WebofScience), ImpactFactor = 5.316 и представлена на международной конференции AlternativeEnergyMaterials — AEM 2022, London, UK, 6-8 April 2022.