Ведущий научный сотрудник отдела лазерной физики и нанотехнологий ФТИ ИРНИТУ Игорь Петрушенко вернулся из научной стажировки в Институте неорганической химии Словацкой академии наук в Братиславе. Молодой ученый в течение месяца исследовал структурные и электронные свойства графеновых нанолент, способных повысить производительность солнечных батарей. Обучение стало возможным благодаря Национальной стипендиальной программе Словацкой Республики.

По словам Игоря Петрушенко, он сотрудничает со словацкими коллегами на протяжении трех лет. Ранее иркутский физик стажировался в Братиславе в составе группы ученых из России, Словакии и Великобритании, которая занимается развитием методов квантовой химии. И. Петрушенко работал над созданием газоразделительных мембран на основе графена и изучал свойства углеродных нанокластеров.

Этой весной под руководством профессора Владимира Малкина, более 20 лет проживающего за границей, И. Петрушенко исследовал органические свойства графеновых нанолент, играющих большую роль в создании объектов микро и наноэлектроники, транзисторов, органических фотоэлектрических устройств - солнечных батарей и т.д.

Как отметил И. Петрушенко, графен – это двумерная аллотропная модификация углерода толщиной в один атом, прочная, лёгкая и обладающая высокими электропроводящими свойствами. А нанолента графена, представляющая собой узкую полоску толщиной 10-100 нм, – квазиодномерная структура. Свойства графена и нанолент отличаются. Соответственно, изменяя ширину и длину такой полоски, можно модифицировать ее электронные свойства.

Молодой ученый подчеркнул, что исследования носили теоретический характер. Для изучения структур требуется лишь персональный компьютер (в идеале – суперкомпьютер) с соответствующим программным обеспечением. Сначала загружают т.н. входной файл, затем с использованием методов квантовой химии получают свойства объекта, которого у исследователя может и не быть физически.

«Мы изучали зависимости потенциалов ионизации и сродства к электрону графеновых нанолент от их длины и ширины. Затем электронные свойства нанолент сравнивали с аналогичными характеристиками фуллеренов (молекула из 60 атомов углерода) и углеродных нанотрубок. Это необходимо, чтобы выяснить, возможно ли использовать короткие наноленты в качестве акцепторов электрона в органических солнечных батареях из полимерных материалов. Такие батареи доступны по стоимости, несложно сделать солнечную батарею большой площади и «раскатать» ее по крыше здания. Однако они имеют ряд недостатков: низкий КПД и быстро разрушаемая под воздействием солнца пленочная основа.

Мы поставили перед собой задачу изучить все комбинации атомов и построить оптимальную модель графеновой ленты для увеличения КПД солнечных батарей. Кроме того, реальный графен содержит множество дефектов, а идеальный образец получить сложно. Поэтому проведена серия экспериментов. Например, мы вводили в структуру наноленты дефекты. Один из них называют вакансией. Для его экспериментального получения достаточно направить на ленту лучи электронного микроскопа, вырывающего атомы. Под влиянием вакансии изменяется ширина запрещенной зоны. Еще одна деформация структуры - дефект Стоуна Уэйлса, представляющая собой поворот на 90° С углеродной связи относительно ее центра. Под влиянием такого дефекта также изменяется ширина запрещенной зоны и возникают структурные и механические изменения в наноленте», - рассказал И. Петрушенко.

По его мнению, создание органических фотоэлектрических устройств является одним из актуальных направлений работы ученых и инженеров. Солнечные батареи экономичны, экологически безопасны, могут использоваться на больших площадях, а значит, открывают широкие возможности для применения альтернативных источников электроэнергии.

В настоящее время И. Петрушенко и его зарубежные коллеги занимаются обработкой полученных в ходе компьютерных экспериментов данных. Результатом исследований станет совместная научная статья.

Напомним, что Национальная стипендиальная программа позволяет студентам, аспирантам, преподавателям и научным вузов пройти стажировку в словацких вузах и научно-исследовательских институтах. Программа финансируется Министерством образования, наук, исследований и спорта Словацкой Республики.

Более подробную информацию об условиях участия в данной программе можно узнать, перейдя по ссылке http://www.stipendia.sk/ru/main/o-programe

Ольга Балабанова

Графические изображения

предоставлены Игорем Петрушенко

28 октября 2020г.
26 октября 2020г.
13 декабря 2019г.
15 февраля 2019г.
27 декабря 2018г.
15 декабря 2017г.
12 декабря 2017г.
21 апреля 2017г.
20 апреля 2017г.
20 января 2016г.