| Название: | Гибридные наногенераторы на базе полупроводниковых нанопроводов AIIIBV |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе |
| Научная дисциплина: | 02-204 - Нано- и микроструктуры |
| Ключевые слова: | пьезоэлектрический наногенератор, солнечный элемент, пьезофототронный эффект, нанопровод, нитевидный нанокристалл, полупроводники AIIIBV, вюрцитная кристаллическая структура, сканирующая зондовая микроскопия |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Алексеев,ПА |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 18-72-00104 |
Аннотация
Проект направлен на исследование гибридных пьезоэлектрических наногенераторов на основе III-P (InP, GaP) нанопроводов с вюрцитной кристаллической структурой. Принцип работы пьезоэлектрического наногенератора основан на возникновении пьезопотенциала на концах полупроводникового нанопровода при механической деформации. Динамическое изменение деформации нанопровода приводит к переменному потоку электронов через внешнюю нагрузку или генерации тока. В течение последних 10 лет после создания первых наногенераторов на базе ZnO и III-N нанопроводов их эффективность практически достигла предела. Были разработаны миниатюрные устройства обеспечивающие энергетическую автономность электронных приборов и сенсоров с помощью трансформации механической энергии окружающей среды в электричество.
Для дальнейшего увеличения эффективности наногенераторов предлагается создавать гибридные устройства преобразующие не только механическую, но и солнечную энергию. Однако эффективность солнечных элементов на базе ZnO и GaN не высока, вследствие малого коэффициента поглощения солнечного излучения. Наибольшей эффективностью обладают солнечные элементы из InP нанопроводов. Кроме того, III-V нанопровода, в отличие от объёмных материалов, могут быть синтезированы с вюрцитной кристаллической решёткой. Теоретические расчёты предсказывают значения пьезоэлетрических коэффициентов для III-P нанопроводов с вюрцитной структурой сопоставимые со значениями для III-N и ZnO нанопроводов. Таким образом, эффективность пьезоэлектрических наногенераторов на основе III-P нанопроводов может быть сопоставима с эффективностью ZnO устройств. Сочетание высокой эффективности преобразования солнечного излучения, а также механической энергии открывает возможность создания наиболее эффективных гибридных наногенераторов на базе III-P нанопроводов. Однако экспериментальные исследования генерации пьезоэлектрического тока в III-P нанопроводах пока не осуществлены. Также отсутствуют исследования влияния оптического излучения на эффективность таких устройств. Данные обстоятельства обуславливают актуальность и новизну предлагаемых исследований.
Ожидаемые результаты
При выполнении проекта будет получена новая экспериментальная информация о возможности генерации пьезоэлектрического тока в III-P (InP, GaP) нанопроводах с вюрцитной кристаллической структурой при механической деформации. Будут получены зависимости эффективности генерации от состава и типа легирования, геометрических размеров, а также наличия core/shell структуры в III-P нанопроводах. Будет исследовано влияние пьезофоторонного эффекта (увеличение эффективности солнечного элемента при деформации нанопровода) в III-P нанопроводах на подложках различного типа легирования. На основе полученных данных будет разработана численная модель адекватно воспроизводящая эксперимент. На основе модели будут определены параметры, позволяющие повысить эффективность гибридных наногенераторов на основе III-P нанопроводов. Полученные в ходе выполнения проекта экспериментальные результаты существенно продвинут мировые исследования пьезоэлектрических наногенераторов на основе III-V нанопроводов. Успешное выполнение проекта позволит создать более эффективные источники энергии, преобразующие механическое движение окружающей среды (ветер, вибрации, вода) и солнечное излучение в электричество. Возможность миниатюризации подобных устройств вплоть до одиночного нанопровода обеспечит создание автономных сенсорных сетей, а также биосовместимых приборов носимой электроники.
