Учëные предложили графен в качестве многоразовой подложки для фотокатодов

Учëные предложили графен в качестве многоразовой подложки для фотокатодов

Группа исследователей продемонстрировала использование графена в качестве подложки для двухщелочных фотокатодов. Они сравнили эффективность различных подложек после многократной термической очистки. Эксперименты показали, что графеновая основа значительно лучше очищается от материала фотокатода и практически не теряет своей эффективности. Результаты исследования опубликованы в Applied Physics Letters.

Некоторые материалы обладают одним интересным и полезным свойством — когда на них падает свет, они могут поглощать часть этого света, выпуская взамен электроны. Такой материал, нанесенный на какую-либо подложку из полупроводника (например, кремниевую или молибденовую) называется фотокатодом. На их основе создают различные светочувствительные приборы, способные преобразовывать свет в электрический ток — фотоумножители, фотоэлементы и т.д.

В состав наиболее распространённых фотоэлектродных материалов входят щелочные металлы — калий, натрий, цезий. Поскольку эти металлы очень легко окисляются, фотокатоды могут работать только в безвоздушной среде. Но даже в глубоком вакууме щелочные фотокатоды быстро приходят в негодность. Удалить слой светочувствительного материала с подложки и нанести заново просто так не получается — такое восстановленное устройство серьёзно теряет в своей эффективности из-за необратимых изменений в структуре подложки.

В своей работе группа учёных из Японии и США показала, что графеновое покрытие может сделать материал подложки многоразовым. Для этого они провели ряд экспериментов с подложками из кремния и молибдена с графеновым покрытием и без него. В качестве фоточувствительного слоя использовали покрытие CsK2Sb.

Сперва исследователи измеряли квантовую эффективность фотоэлектрода на новых подложках. Затем очищали подложку при высокой температуре (400 и 500°C) и вновь наносили слой CsK2Sb. Процедуру очистки и нанесения покрытия повторяли несколько раз, изучая, как при этом меняется эффективность фотокатода.

Оказалось, что квантовая эффективность приборов с графеновым покрытием упала после многократной чистки не более, чем на 1%. Для обычных кремниевой и молибденовой подложек падение эффективности составило порядка 3-4%. Помимо этого авторы проанализировали поверхность различных подложек после очистки при помощи рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Результаты показали, что графеновая подложка после очистки содержит значительно меньше остаточных элементов от фотокатодного слоя (Cs, K, Sb). Другими словами, графеновое покрытие очищается значительно лучше, чем кремниевое или молибденовое. Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением также показала, что подложка из графена остаётся после очистки в отличном состоянии.

Свои экспериментальные результаты исследователи подкрепили квантово-химическими расчётами поверхности подложек. Согласно им, энергии связывания графена с атомами фотокатодного слоя ощутимо меньше таковых для кремниевой подложки.

По словам авторов, их исследование создаёт фундамент для будущего создания и использования многоразовых подложек для высокоэффективных фотокатодов.

Автор: Максим Мазурин
Редактор: Анастасия Воротникова

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: