RU2462793C2 - Hybrid nanocomposite materials - Google Patents

Hybrid nanocomposite materials Download PDF

Info

Publication number
RU2462793C2
RU2462793C2 RU2010131448/28A RU2010131448A RU2462793C2 RU 2462793 C2 RU2462793 C2 RU 2462793C2 RU 2010131448/28 A RU2010131448/28 A RU 2010131448/28A RU 2010131448 A RU2010131448 A RU 2010131448A RU 2462793 C2 RU2462793 C2 RU 2462793C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanocrystals
hybrid nanocomposite
nanocomposite material
material according
hybrid
Prior art date
Application number
RU2010131448/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010131448A (en
Inventor
Йорг АКЕРМАНН (FR)
Йорг АКЕРМАНН
Фредерик ФАЖ (FR)
Фредерик ФАЖ
Сирил МАРТИНИ (FR)
Сирил МАРТИНИ
Original Assignee
Юниверсите Де Ля Медитерране Экс-Марсель Ii
Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьентифик (С.Н.Р.С.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юниверсите Де Ля Медитерране Экс-Марсель Ii, Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьентифик (С.Н.Р.С.) filed Critical Юниверсите Де Ля Медитерране Экс-Марсель Ii
Priority to RU2010131448/28A priority Critical patent/RU2462793C2/en
Publication of RU2010131448A publication Critical patent/RU2010131448A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2462793C2 publication Critical patent/RU2462793C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention is aimed at producing hybrid nanocomposite material which contains conducting inorganic elongated crystals with an electrically conducting organic compound of given formula grafted on at least part of its surface, said compound forming a self-organising layer. The invention also discloses thin films, solar batteries and switching devices containing said hybrid nanocomposite material.
EFFECT: production of original nanocomposite materials, especially for high-efficiency cheap solar batteries.
20 cl, 9 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к гибридным нанокомпозитным материалам, процессу их производства и их применению, в особенности в компонентах для солнечных батарей и в переключаемых электрических устройствах.The present invention relates to hybrid nanocomposite materials, their production process and their use, especially in components for solar cells and in switchable electrical devices.

Уровень техники изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Солнечная энергия в настоящее время все еще является довольно неконкурентной альтернативой другим способам производства энергии. Основными причинами этого являются высокая стоимость производства существующих кремниевых солнечных батарей и ограниченная эффективность дешевых альтернатив.Solar energy is still a fairly uncompetitive alternative to other methods of energy production. The main reasons for this are the high production costs of existing silicon solar cells and the limited effectiveness of low-cost alternatives.

Исследования, направленные на усовершенствование устройств, привели к многочисленным методикам, включающим, в частности, коаксиальные кремниевые нанопроволоки (Lieber et al., Nature Lett., 449, (2007) 885). Нанопроволоки состоят из кремниевой p-легированной сердцевины, покрытой оболочкой из беспримесного и n-легированного кремния. Однако устройства на основе кремния являются дорогими из-за затрат на материал и затрат на изготовление, которое предполагает высокую температуру, высокий вакуум и многочисленные этапы литографии.Research aimed at improving devices has led to numerous techniques, including, in particular, coaxial silicon nanowires (Lieber et al., Nature Lett., 449, (2007) 885). Nanowires consist of a silicon p-doped core coated with a sheath of pure and n-doped silicon. However, silicon-based devices are expensive due to material costs and manufacturing costs, which involve high temperature, high vacuum, and numerous lithography steps.

Было предложено заменить кремний органическими или полимерными полупроводниками, которые могут обрабатываться из раствора. Однако фотовозбуждение в этих материалах напрямую не приводит к появлению свободных носителей заряда, а создает пары носителей электрон-дырка, называемые экситонами. Для того чтобы разделить экситоны на свободные носители заряда, требуется наличие границы раздела электронодонорного (n-тип) и электроноакцепторного (p-тип) материалов. Принимая во внимание их малое время жизни, только экситоны, сгенерированные вблизи границы раздела, являются источниками зарядов. Таким образом, домены n- и p-типа должны иметь большую границу раздела и в то же время формировать два непрерывных домена для того, чтобы убедиться в том, что сгенерированные заряды достигли электродов.It has been proposed to replace silicon with organic or polymer semiconductors that can be processed from solution. However, photoexcitation in these materials does not directly lead to the appearance of free charge carriers, but creates pairs of electron-hole carriers, called excitons. In order to separate excitons into free charge carriers, the interface between the electron-donating (n-type) and electron-withdrawing (p-type) materials is required. Taking into account their short lifetime, only excitons generated near the interface are sources of charges. Thus, n- and p-type domains must have a large interface and at the same time form two continuous domains in order to ensure that the generated charges reach the electrodes.

Таким образом, нанокомпозитные материалы являются интересным вариантом для изготовления недорогих солнечных батарей.Thus, nanocomposite materials are an interesting option for the manufacture of low-cost solar cells.

В работе Yu, G.; Gao, J; Hummelen, J.C.; Wudl, F.; Heeger, A.J.; Science 1995, 270, 1789; Shaheen, S.E.; Brabec, C.J.; Padinger, F.; Fromherz, T. были предложены солнечные батареи на основе смеси полимеров, содержащие электрон-донорную и электрон-акцепторную фазы, из которой фулереносодержащие смеси оказались наиболее успешными.In the work of Yu, G .; Gao j; Hummelen, J.C .; Wudl, F .; Heeger, A.J .; Science 1995, 270, 1789; Shaheen, S.E .; Brabec, C.J .; Padinger, F .; Fromherz, T. solar cells based on a mixture of polymers containing electron-donor and electron-acceptor phases were proposed, from which fullerene-containing mixtures were most successful.

Hummelen, J.C.; Sariciftci, N.S. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 841; Wienk, M.N.; Kroon, J.M.; Verhees, W.J.H.; Knol, L.; Hummelen, J.C.; Van Hal, P.A.; Janssen, R.A.J. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 3371, Shilinsky, P.; Waldauf, C.; Brabec, C.J. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 3885. Svensson, M.; Zhang, F.; Veenstra, S.C.; Verhees, W.J.H.; Hummelen, J.C.; Kroon, J.M.; Inganas, O.; Andersson, M.R. AdV. Mater. 2003, 15, 988. Два полимера формируют взаимопроникающую решетку с фазовым разделением в нанометровом масштабе, которое приводит к образованию высокоэффективного объемного гетероперехода. Такие органические солнечные батареи могут показывать эффективность преобразования солнечной энергии до 5%. Однако смешивание двух полимеров часто влечет за собой проблемы с управлением морфологией смеси и со стабилизацией фазового разделения между обоими полимерами. Кроме того, транспорт электронов и стабильность органических полупроводников n-типа в атмосфере слабая.Hummelen, J.C .; Sariciftci, N.S. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 841; Wienk, M.N .; Kroon, J.M .; Verhees, W.J.H .; Knol, L .; Hummelen, J.C .; Van Hal, P.A .; Janssen, R.A.J. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 3371, Shilinsky, P .; Waldauf, C .; Brabec, C.J. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 3885. Svensson, M .; Zhang, F .; Veenstra, S.C .; Verhees, W.J.H .; Hummelen, J.C .; Kroon, J.M .; Inganas, O .; Andersson, M.R. AdV. Mater. 2003, 15, 988. Two polymers form an interpenetrating lattice with phase separation on a nanometer scale, which leads to the formation of a highly efficient bulk heterojunction. Such organic solar cells can show up to 5% solar energy conversion efficiency. However, mixing two polymers often entails problems with controlling the morphology of the mixture and with stabilizing the phase separation between the two polymers. In addition, the electron transport and the stability of n-type organic semiconductors in the atmosphere are weak.

За последнее время сопрягаемые полимеры смешивались с наночастицами неорганических полупроводников n-типа, как в гибридных солнечных батареях, объединяющих наностержни CdSe с поли-3(гексилтиофеном)(Р3НТ) (Alivisator et al., Science, 295 (2002) 2425), которые могут быть изготовлены посредством обработки раствора. Использование вытянутых наночастиц вместо наносфер может усовершенствовать работу устройства, т.к. наностержни и Р3НТ имеют дополняющие спектры поглощения, и спектр фототока устройства из результирующей смеси наностержни-полимер может быть расширен до 720 нм. В другом примере гибридных нанокомпозитных солнечных батарей наночастицы ZnO в качестве акцептора электронов смешиваются с матрицей сопрягаемых полимеров поли[2-метоки-5(

Figure 00000001
Figure 00000002
-диметилоктилокси)-1,4-фениленевинилена] (MDMO-PPV) в качестве донора электронов (Jenssen et al., J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 9505). Солнечные батареи, изготовленные из ZnO наностержней вместо наносфер, не приводят к усовершенствованию работы солнечной батареи. Необходимость использования поверхностно-активного вещества для увеличения растворимости наностержней, в конечном счете, ведет к отсутствию усовершенствования работы солнечных батарей по сравнению с полимерными смесями.Recently, conjugated polymers have been mixed with n-type inorganic semiconductors, as in hybrid solar cells combining CdSe nanorods with poly-3 (hexylthiophene) (P3HT) (Alivisator et al., Science, 295 (2002) 2425) be made by processing the solution. The use of elongated nanoparticles instead of nanospheres can improve the operation of the device, because nanorods and P3HT have complementary absorption spectra, and the photocurrent spectrum of a device from the resulting nanorod-polymer mixture can be expanded to 720 nm. In another example of hybrid nanocomposite solar cells, ZnO nanoparticles as an electron acceptor are mixed with a matrix of conjugated polymers poly [2-labels-5 (
Figure 00000001
Figure 00000002
-dimethyloxythyloxy) -1,4-phenylene neovinylene] (MDMO-PPV) as an electron donor (Jenssen et al., J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 9505). Solar panels made of ZnO nanorods instead of nanospheres do not lead to an improvement in the performance of the solar battery. The need to use a surfactant to increase the solubility of nanorods ultimately leads to a lack of improvement in the performance of solar cells compared to polymer mixtures.

Другим ограничением гибридных или полимерных нанокомпозитов является тот факт, что исходный полимер P3HT поглощает в основном между 300 и 650 нм и, таким образом, не может захватывать большую часть солнечного спектра. Модификация полимера сложна, т.к. любые изменения в его молекулярной структуре оказывают воздействие на другие свойства, такие как морфология, подвижность носителей заряда между полимерными цепями, дисперсия или чистота.Another limitation of hybrid or polymer nanocomposites is the fact that the original P3HT polymer absorbs mainly between 300 and 650 nm and thus cannot capture most of the solar spectrum. Modification of the polymer is difficult because any changes in its molecular structure affect other properties, such as morphology, carrier mobility between polymer chains, dispersion or purity.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение предназначено, таким образом, для создания оригинальных нанокомпозитных материалов, в особенности для недорогих солнечных батарей с высокой эффективностью, которые могли бы преодолеть один или несколько из ранее существующих недостатков.The present invention is intended, therefore, to create original nanocomposite materials, especially for low-cost solar cells with high efficiency, which could overcome one or more of the previously existing disadvantages.

Результат достигается путем предоставления гибридного нанокомпозитного материала, в состав которого входят вытянутые неорганические наночастицы, в особенности наностержни, с привитыми, по меньшей мере, части их поверхности электропроводящими органическими соединениями.The result is achieved by providing a hybrid nanocomposite material, which includes elongated inorganic nanoparticles, especially nanorods, with grafted at least part of their surface electrically conductive organic compounds.

Эти материалы демонстрируют интересные свойства, в особенности относительно транспорта носителей заряда, т.к. они допускают независимый коаксиальный амбиполярный транспорт носителей заряда в неорганическую и органическую части гибридного нанокомпозита. Более того, материалы допускают непосредственное регулирование их поглощения, организации и растворимости.These materials demonstrate interesting properties, especially with respect to the transport of charge carriers, since they allow independent coaxial ambipolar transport of charge carriers to the inorganic and organic parts of the hybrid nanocomposite. Moreover, materials allow direct regulation of their absorption, organization and solubility.

ОПРЕДЕЛЕНИЯDEFINITIONS

В следующей части документа, под следующими терминами подразумевается:In the next part of the document, the following terms are meant:

Вытянутые нанокристалы: кристаллические, в особенности монокристаллические наноструктуры, включающие в себя, по меньшей мере, одну вытянутую часть, такую как нанопроволоки, наностержни, нанотрубки, наноструктуры с двуми ответвлениями, наноструктуры с тремя ответвлениями, наноструктуры с четырьмя ответвлениями и наноструктуры со множеством ответвлений, такие как нанозвезды. Для нанопроволок, наностержней и нанотрубок вытянутая часть составляет всю наноструктуру. Соотношение размеров вытянутой части обычно более 2, предпочтительно более 3 и наиболее предпочтительно - от 5 до 200. Характерные размеры вытянутой части: диаметр 3-100 нм и длина 10-2000 нм. Elongated nanocrystals: crystalline, especially single-crystal nanostructures, including at least one elongated part, such as nanowires, nanorods, nanotubes, nanostructures with two branches, nanostructures with three branches, nanostructures with four branches and many nanostructures, such as nanostars. For nanowires, nanorods and nanotubes, the elongated part makes up the entire nanostructure. The aspect ratio of the elongated portion is usually greater than 2, preferably greater than 3, and most preferably from 5 to 200. Typical dimensions of the elongated portion are 3-100 nm in diameter and 10-2000 nm in length.

Нанокомпозитный материал: материал, включающий в себя, по меньшей мере, два высокодисперсных несмешиваемых компонента, размеры дисперсной фазы нанометрового масштаба, обычно в диапазоне от 1 до 500 нм, предпочтительно от 2 до 100 нм. Nanocomposite material: a material comprising at least two finely dispersed immiscible components, the dimensions of the dispersed phase of a nanometer scale, usually in the range from 1 to 500 nm, preferably from 2 to 100 nm.

Гибридный материал: включает в себя неорганические компоненты и органические компоненты. Hybrid material: includes inorganic components and organic components.

Органические соединения: соединения, состоящие преимущественно из углерода и водорода и содержащие в меньшей степени кислород, азот, серу и фосфор, кроме элементарного углерода, карбонатов, оксида углерода и цианида углерода. Organic Compounds: Compounds consisting predominantly of carbon and hydrogen and containing to a lesser extent oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus, other than elemental carbon, carbonates, carbon monoxide and carbon cyanide.

Прививание: процесс соединения молекул на поверхности твердого тела, включающий электростатическое взаимодействие, адсорбцию и/или ковалентное связывание. Vaccination: the process of combining molecules on a solid surface, including electrostatic interaction, adsorption and / or covalent binding.

Самоорганизующийся монослой: упорядоченный молекулярный ансамбль, сформированный посредством адсорбции одиночного слоя молекул на твердой поверхности. Self-organizing monolayer: an ordered molecular ensemble formed by adsorption of a single layer of molecules on a solid surface.

Электрический проводник: материал, допускающий транспорт носителей заряда, включающий металлические проводники и полупроводники. Electrical conductor: material capable of transporting charge carriers, including metal conductors and semiconductors.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

Нанокомпозитный материалNanocomposite material

В соответствии с первым аспектом изобретение относится к гибридным нанокомпозитным материалам, включающим в себя электропроводящие неорганические вытянутые нанокристалы, с привитыми на, по меньшей мере, части своей поверхности электропроводящими органическими соединениями.In accordance with a first aspect, the invention relates to hybrid nanocomposite materials, including electrically conductive inorganic elongated nanocrystals grafted onto at least parts of its surface with electrically conductive organic compounds.

Гибридный нанокомпозитный материал в соответствии с изобретением включает в себя вытянутые нанокристалы в качестве основного или единственного неорганического компонента.The hybrid nanocomposite material in accordance with the invention includes elongated nanocrystals as the main or sole inorganic component.

Анизотропная геометрия вытянутых нанокристалов обеспечивает простой, прямой транспорт носителей заряда вдоль их продольной оси, так как они требуют намного меньше этапов прыжковой проводимости для того, чтобы достигнуть электрода устройства, такого как солнечная батарея, по сравнению со сферическими нанокристаллами.The anisotropic geometry of the elongated nanocrystals provides a simple, direct transport of charge carriers along their longitudinal axis, since they require much fewer hopping steps in order to reach an electrode of a device such as a solar battery compared to spherical nanocrystals.

Преимущественно нанокристаллы имеют предпочтительную ориентацию в нанокомпозите. Такая предпочтительная ориентация может быть получена, в частности, посредством межмолекулярных сил поверхностно-активных веществ (поверхностные эффекты) или посредством приложения электрического поля. Хорошо упорядоченный ансамбль вытянутых кристаллов улучшает взаимодействие между нанокристаллами и допускает транспорт носителей заряда на большие расстояния с высокой эффективностью. Использование неорганических материалов более предпочтительно, так как эти материалы демонстрируют высокую подвижность носителей заряда, размерную стабильность и устойчивость к внешним воздействиям.Preferably, the nanocrystals have a preferred orientation in the nanocomposite. Such a preferred orientation can be obtained, in particular, by the intermolecular forces of surfactants (surface effects) or by applying an electric field. A well-ordered ensemble of elongated crystals improves the interaction between nanocrystals and allows the transport of charge carriers over long distances with high efficiency. The use of inorganic materials is more preferable, since these materials demonstrate high mobility of charge carriers, dimensional stability and resistance to external influences.

Гибридный нанокомпозитный материал в соответствии с изобретением включает в себя вытянутые электропроводящие неорганические нанокристаллы. Вытянутые нанокристаллы могут быть, в частности, полупроводниковыми или металлическими. Более часто нанокристаллы будут представлять собой полупроводники n- или p-типа в зависимости от концепции устройства.A hybrid nanocomposite material in accordance with the invention includes elongated electrically conductive inorganic nanocrystals. The elongated nanocrystals can be, in particular, semiconductor or metal. More often, nanocrystals will be n- or p-type semiconductors, depending on the concept of the device.

Такие нанокристаллы могут быть сформированы из большого набора неорганических соединений, включающих, в частности: титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, вольфрам, марганец, технеций, рений, железо, осмий, кобальт, никель, медь, серебро, золото, цинк, кадмий, скандий, иттрий, лантан, бор, галлий, индий, мышьяк, таллий, кремний, германий, олово, свинец, магний, кальций, стронций, барий, алюминий и их простые и смешанные халькогениды, в частности их оксиды и сульфиды. Полупроводники могут быть элементарными полупроводниковыми материалами, такими как кремний и германий, в конечном счете легированными, или полупроводниковыми соединениями, такими как арсенид галлия и фосфид индия, или сплавами, такими как сплав кремния и германия или алюминий-арсенид-галлиевый сплав.Such nanocrystals can be formed from a wide range of inorganic compounds, including, in particular: titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium, rhenium, iron, osmium, cobalt, nickel, copper, silver, gold, zinc, cadmium, scandium, yttrium, lanthanum, boron, gallium, indium, arsenic, thallium, silicon, germanium, tin, lead, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum and their simple and mixed chalcogenides, in particular their oxides and sulfides. The semiconductors may be elemental semiconductor materials, such as silicon and germanium, ultimately doped, or semiconductor compounds, such as gallium arsenide and indium phosphide, or alloys, such as a silicon and germanium alloy or a gallium aluminum-arsenide alloy.

Предпочтительными металлическими проводниками являются материалы с высокой подвижностью носителей заряда, такие как золото, серебро, медь и индий, легированный оксидом олова (ITO).Preferred metal conductors are materials with high mobility of charge carriers, such as gold, silver, copper and indium, doped with tin oxide (ITO).

Предпочтительными полупроводниками являются полупроводники с шириной запрещенной зоны от 0,4 эВ до 4,1 эВ, в особенности с шириной запрещенной зоны, близкой к солнечному спектру. Ширина запрещенной зоны может дополнительно регулироваться посредством изменения диаметра вытянутого нанокристалла или посредством дополнительного легирования. В особенности предпочтительными полупроводниками являются оксид цинка, сульфид цинка и диоксид титана.Preferred semiconductors are semiconductors with a band gap of 0.4 eV to 4.1 eV, in particular with a band gap close to the solar spectrum. The band gap can be further adjusted by changing the diameter of the elongated nanocrystal or by additional doping. Particularly preferred semiconductors are zinc oxide, zinc sulfide and titanium dioxide.

В особенности предпочтительным полупроводником является оксид цинка. Это полупроводник n-типа, который сочетает набор преимущественных свойств: он дешевый, имеет высокую подвижность носителей заряда, прозрачный, нетоксичный, а наностержни легко доступны (Weller et al., Angew. Chem. Int. Ed., 41(7), (2002) 1188).A particularly preferred semiconductor is zinc oxide. This is an n-type semiconductor that combines a set of advantageous properties: it is cheap, has high carrier mobility, is transparent, non-toxic, and nanorods are readily available (Weller et al., Angew. Chem. Int. Ed., 41 (7), ( 2002) 1188).

Вытянутые нанокристаллы предпочтительно являются монокристаллами. На самом деле, монокристаллы демонстрируют улучшенные транспортные свойства, а отсутствие поверхностных дефектов улучшает возможность привитого органического монослоя формировать высококристаллизованные самоорганизующиеся монослои ЗАМ.Elongated nanocrystals are preferably single crystals. In fact, single crystals exhibit improved transport properties, and the absence of surface defects improves the ability of the grafted organic monolayer to form highly crystallized self-organizing ZAM monolayers.

Гибридный нанокомпозитный материал в соответствии с изобретением также включает в себя органические соединения, привитые на вытянутые нанокристаллы в качестве основных и единственных компонентов.The hybrid nanocomposite material in accordance with the invention also includes organic compounds grafted onto elongated nanocrystals as the main and only components.

В соответствии с изобретением электрически проводящими соединениями предпочтительно являются полупроводники n- или p-типа. Они могут быть также органическими соединениями с металлической проводимостью, такими как поли(3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT), комплексы передачи заряда, такие как (BEDT-TTF)2I3 или функционализированные углеродные нанотрубки.According to the invention, the electrically conductive compounds are preferably n- or p-type semiconductors. They can also be metal-conductive organic compounds such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), charge transfer complexes such as (BEDT-TTF) 2I3 or functionalized carbon nanotubes.

Поверхность вытянутых нанокристаллов содержит большой цилиндрический сегмент, который имеет удовлетворительную изогнутость и, таким образом, дает возможность формирования вокруг нанокристалла автоматически организующегося монослоя (SAM). По этой причине, хотя эта особенность не является ключевой для изобретения, органическое соединение формирует SAM, привитые на нанокристаллы композита, согласно изобретению. В некоторых случаях упорядоченные молекулы в SAM даже могут быть кристаллическими, как наблюдается с помощью рентгеновской дифрактометрии.The surface of elongated nanocrystals contains a large cylindrical segment, which has a satisfactory curvature and, thus, enables the formation of an automatically organized monolayer (SAM) around the nanocrystal. For this reason, although this feature is not key to the invention, the organic compound forms SAM grafted onto the nanocrystals of the composite according to the invention. In some cases, ordered molecules in SAM can even be crystalline, as observed by x-ray diffractometry.

Хотя прививание за счет чистого электростатического взаимодействия не исключается, предполагается, что присутствие более сильных связей, таких как ковалентные связи, улучшит стабильность композитов и, таким образом, предпочтительно. Органические соединения таким образом предпочтительно содержат, по меньшей мере, одну закрепляющуюся часть, подходящую для формирования ковалентной связи с поверхностью неорганического нанокристалла. Однако для содействия формированию кристаллического SAM предпочтительно, чтобы привитые связи были бы в меру сильными, что дает возможность создавать двусторонние связи и, таким образом, проводить регулирование положения. Более того, во время обеспечения эффективной адсорбции органических соединений на нанокристаллической поверхности закрепляющая часть может кроме того также способствовать эффективному электронному связыванию донорного уровня органического соединения и акцепторного уровня нанокристалла.Although grafting due to pure electrostatic interaction is not excluded, it is believed that the presence of stronger bonds, such as covalent bonds, will improve the stability of the composites and, therefore, is preferred. Organic compounds thus preferably contain at least one fixed part suitable for forming a covalent bond with the surface of an inorganic nanocrystal. However, to facilitate the formation of crystalline SAM, it is preferable that the grafted bonds are moderately strong, which makes it possible to create two-way bonds and, thus, carry out position regulation. Moreover, while ensuring the effective adsorption of organic compounds on the nanocrystalline surface, the fixing part can also contribute to the efficient electronic bonding of the donor level of the organic compound and the acceptor level of the nanocrystal.

Согласно изобретению используются электрически проводящие органические соединения формулы (I):According to the invention, electrically conductive organic compounds of the formula (I) are used:

Figure 00000003
Figure 00000003

где:Where:

А - закрепляющаяся часть, которая может быть, в частности, карбоновой кислотой, амином, фосфоновой кислотой, фосфатом, тиоловой или силановой группами;A is a fixed part, which may be, in particular, carboxylic acid, amine, phosphonic acid, phosphate, thiol or silane groups;

L - непроводящая часть, которая может быть, в частности, насыщенным углеводородом, в частности насыщенной, прямой или разветвленной алкильной группой с 3-20 атомами углерода, или может отсутствовать;L is a non-conductive part, which may be, in particular, a saturated hydrocarbon, in particular a saturated, straight or branched alkyl group with 3-20 carbon atoms, or may be absent;

Y - электрически проводящая часть, содержащая сопрягаемую систему, допускающую полупроводимость n- и р-типа, такую как пентацен, антрацен, фталоцианины, порфирины, фуллерены, олиготиофен, полипирол, каротин, хлорофиллы, бактериохлорофиллы и каротиноиды или органические металлы, такие как функционализированные углеродные нанотрубки, PEDOT, комплексы передачи заряда, такие как (BEDT-TTF)2I3.Y is the electrically conductive part containing a mating system allowing n- and p-type semiconductivity, such as pentacene, anthracene, phthalocyanines, porphyrins, fullerenes, oligothiophene, polypyrol, carotene, chlorophylls, bacteriochlorophylls and carotenoids or organic metals such as functionalized nanotubes, PEDOT, charge transfer complexes such as (BEDT-TTF) 2 I 3 .

Z - растворяющая часть, которая может, в частности, быть несопрягаемой углеводородной группой, такой как прямая или разветвленная, насыщенная или ненасыщенная алкильная группа с 1-20 атомами углерода, в частности, n-бутил, n-пентил, n-гексил, n-гептил и n-октил, или может отсутствовать; иZ is a solvent part, which may, in particular, be a non-conjugated hydrocarbon group, such as a straight or branched, saturated or unsaturated alkyl group with 1-20 carbon atoms, in particular n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n -heptyl and n-octyl, or may be absent; and

X - стабилизирующая часть, способная формировать межмолекулярные связи, которая может, в частности, быть группой, формирующей водородные связи, такой как гидрокси-, амино-, амидо- или карбоновая кислоты, или может отсутствовать.X is a stabilizing part, capable of forming intermolecular bonds, which may, in particular, be absent, forming a hydrogen bond, such as hydroxy, amino, amido or carboxylic acid.

Для того, чтобы прививаться на нанокристаллы, органическое соединение формулы (I) имеет одну или более закрепляющихся частей А, способных формировать связи с поверхностью.In order to be grafted onto nanocrystals, the organic compound of formula (I) has one or more fixed parts A capable of forming bonds with the surface.

Предпочтительно связи, сформированные с помощью закрепляющейся части, дают возможность смещения (или цикла десорбция-реадсорбция) на поверхности, являющейся преимуществом для процесса кристаллизации.Preferably, the bonds formed by the fastening part allow for a displacement (or desorption-re-adsorption cycle) on the surface, which is an advantage for the crystallization process.

Органические соединения формулы (I) также содержат электрически проводящую часть Y, дающую возможность транспорта носителей заряда, поглощения света и генерации экситонов. Часть может быть мономерной, олигомерной или полимерной. Предпочтительно в состав соединения входит пи-сопряженная система, в частности полученная из соединений, таких как пентацен, антрацен, олиготиофены, политиофены, такие как поли-3(гексилтиофен) (P3HT), поли-(3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT) и полипирол, или не пи-несопряженные системы, такие как фуллерены, фталоцианины, порфирины. Другие предпочтительные части получаются из натурально сопрягаемых соединений со светочувствительными, проводящими свойствами, возникающими в результате биомассы, которая может быть получена посредством экстракции из натуральных систем, таких как деревья, морские водоросли, фотосинтетические бактерии, такие как хлорофиллы, бактериохлорофиллы и каротеноиды.Organic compounds of formula (I) also contain an electrically conductive part Y, which enables the transport of charge carriers, absorption of light, and generation of excitons. The portion may be monomeric, oligomeric or polymeric. Preferably, the compound includes a pi-conjugated system, in particular obtained from compounds such as pentacene, anthracene, oligothiophenes, polythiophenes such as poly-3 (hexylthiophene) (P3HT), poly- (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polypyrol, or non-pi non-conjugated systems, such as fullerenes, phthalocyanines, porphyrins. Other preferred portions are derived from naturally conjugated compounds with photosensitive, conductive properties resulting from biomass that can be obtained by extraction from natural systems such as trees, algae, photosynthetic bacteria such as chlorophylls, bacteriochlorophylls and carotenoids.

Предпочтительно в органических соединениях есть LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbit - низшая незанятая молекулярная орбиталь) и HOMO (высшая занятая молекулярная орбиталь) уровни по сравнению с валентной зоной и зоной проводимости неорганического нанокристалла, так чтобы дать возможность эффективной диссоциации экситонов на поверхности раздела гибридного материала посредством значительного сдвига энергетической зоны. Этот сдвиг энергетической зоны может быть улучшен посредством адаптации уровня Ферми неорганического нанокристалла с помощью целевого легирования.Preferably in organic compounds there are LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbit) and HOMO (Higher occupied molecular orbital) levels compared to the valence and conduction bands of an inorganic nanocrystal, so as to enable efficient exciton dissociation at the interface of the hybrid material by a significant shift in the energy zone. This energy zone shift can be improved by adapting the Fermi level of an inorganic nanocrystal using targeted doping.

Особенно предпочтительны сопряженные системы, поглощающие в солнечном спектре. Также предпочтительны ароматические составляющие, в которых возможны перекрытия пи-орбиталей, способствующие стабилизации органической оболочки.Particularly preferred conjugated systems that absorb in the solar spectrum. Aromatic constituents are also preferred in which pi-orbitals overlap to stabilize the organic shell.

Органическое соединение формулы (I) может также дополнительно содержать непроводящие части L между закрепляющей частью А и проводящей частью Y. Такая непроводящая часть может быть насыщенной углеводородной группой, в частности насыщенной прямой или разветвленной акриловой группой с 3-20 атомами углерода.The organic compound of formula (I) may also further comprise non-conductive parts L between the fixing part A and the conductive part Y. Such a non-conductive part may be a saturated hydrocarbon group, in particular a saturated straight or branched acrylic group with 3 to 20 carbon atoms.

В соответствии с предпочтительным вариантом реализации, органическое соединение формулы (I) может также содержать растворяющую часть Z, способную улучшать растворяемость привитого нанокомпозита с прививающим раствором. Данный факт свидетельствует о дальнейшем обмене молекулами в растворе и тем самым является благоприятным для формирования кристаллического монослоя.According to a preferred embodiment, the organic compound of formula (I) may also contain a solvent part Z capable of improving the solubility of the grafted nanocomposite with the graft solution. This fact indicates a further exchange of molecules in solution and, thus, is favorable for the formation of a crystalline monolayer.

Органическое соединение формулы (I) также может дополнительно содержать стабилизирующую часть Х, способную стабилизировать совокупности молекул на поверхности нанокристаллов посредством межмолекулярного взаимодействия. Такая часть дает возможность интенсивного прививания и, таким образом, продвигает кристаллический монослой. Такие части могут быть, в частности, группами, такими как оксикислота, аминокислота, амидная или карбоновая кислота. Особенно предпочтительны амидные группы и составляющие, полученные из альфа-аминокислот, олигопептидов, карбамидов, нуклеозидов, холестирола и тройного алкил-бензола.The organic compound of formula (I) may also optionally contain a stabilizing part X capable of stabilizing the aggregate of molecules on the surface of the nanocrystals through intermolecular interaction. This part allows for intensive grafting and, thus, promotes a crystalline monolayer. Such parts may be, in particular, groups such as hydroxy acid, amino acid, amide or carboxylic acid. Amide groups and moieties derived from alpha amino acids, oligopeptides, urea, nucleosides, cholesterol and triple alkyl benzene are particularly preferred.

Формирование гелей может представлять интерес для производства оптоволоконных сетей, которые дают возможность структурирования и ориентации нанокристаллов и сопряженных органических соединений, которые приводят к анизотропным изменениям в транспорте. Формирование геля также дает возможность управлять вязкостью растворов, которая является важным параметром для осаждения из раствора.The formation of gels may be of interest for the production of fiber optic networks, which enable the structuring and orientation of nanocrystals and conjugated organic compounds, which lead to anisotropic changes in transport. The formation of the gel also makes it possible to control the viscosity of solutions, which is an important parameter for precipitation from solution.

Органические соединения формулы (I), связанные с неорганическими нанокристаллами, могут сообщать наноструктуре свойства самоорганизации.Organic compounds of formula (I) associated with inorganic nanocrystals can impart self-organization properties to the nanostructure.

Поэтому органическое соединение может выбираться таким образом, чтобы формирование или упорядочивание монослоя на поверхности вытянутых нанокристаллов могло бы продвигаться или, наоборот, подавляться.Therefore, the organic compound can be chosen so that the formation or ordering of a monolayer on the surface of elongated nanocrystals can be advanced or, conversely, suppressed.

В частности, наличие дестабилизирующей терминальной группы, в особенности пространственно блокированные группы, являются удобным средством, чтобы избежать упорядочивания привитых молекул на поверхности нанокристалла и получить аморфный SAM.In particular, the presence of a destabilizing terminal group, in particular spatially blocked groups, is a convenient means to avoid ordering of the grafted molecules on the surface of the nanocrystal and to obtain amorphous SAM.

Органические соединения представляют собой предпочтительно несимметрично замещенные молекулы с тремя различными функциональными частями, а именно связывающей частью, проводящей частью и самоорганизующейся частью.Organic compounds are preferably asymmetrically substituted molecules with three different functional parts, namely a binding part, a conductive part and a self-organizing part.

В простой реализации органические соединения могут быть карбоновой кислотой, имеющей 3-10 атомов углерода, связанной с пи-сопряженной системой, замещенной одной или более группами, сформированными водородными связями, такими как амидные группы. Группа карбоновой кислоты соединит поверхность нанокристалла, в то время как терминальные амидные группы сформируют межмолекулярные водородные связи.In a simple implementation, the organic compounds may be a carboxylic acid having 3-10 carbon atoms linked to a pi-conjugated system substituted with one or more groups formed by hydrogen bonds, such as amide groups. A carboxylic acid group will connect the surface of the nanocrystal, while terminal amide groups will form intermolecular hydrogen bonds.

Примером таких органических соединений являются соединения формулы (II), полученные из олиготиофена:An example of such organic compounds are compounds of formula (II) obtained from oligothiophene:

Figure 00000004
Figure 00000004

где:Where:

R - закрепляющаяся часть, в частности карбоксильная кислота, содержащая от 3 до 6 атомов углерода, в дополнение к карбоксильной группе;R is a fixed part, in particular a carboxylic acid containing from 3 to 6 carbon atoms, in addition to the carboxyl group;

R' - прямая, разветвленная или циклическая углеводородная группа, в частности алкильная или ароматическая группа, содержащая 1-20 атомов углерода.R 'is a straight, branched or cyclic hydrocarbon group, in particular an alkyl or aromatic group containing 1-20 carbon atoms.

Самоорганизующийся эффект может также быть получен посредством прививания двух или более различных соединений на поверхности нанокристалла. Для такого смешанного монослоя одно органическое соединение обладает свойствами электропроводимости и, необязательно, самоорганизующимися свойствами, в то время как второе или другое соединения могут обладать только самоорганизующимися свойствами без каких-либо проводящих свойств.A self-organizing effect can also be obtained by grafting two or more different compounds on the surface of a nanocrystal. For such a mixed monolayer, one organic compound has electrical conductivity and, optionally, self-organizing properties, while the second or other compounds can have only self-organizing properties without any conductive properties.

Порядок ориентации нанокристаллов внутри нанокомпозита может быть повышен посредством использования органических соединений с закрепляющей составляющей с характеристиками жидкого кристалла.The orientation order of the nanocrystals inside the nanocomposite can be increased by using organic compounds with a fixing component with the characteristics of a liquid crystal.

В частности, предпочтительными органическими соединениями являются следующие:Particularly preferred organic compounds are the following:

Figure 00000005
Figure 00000005

Характеристики жидкого кристалла могут также быть получены посредством множественного прививания двух или более различных органических соединений на поверхность нанокристаллов. Для такого смешанного монослоя одно соединение обладает электрическими проводящими свойствами и необязательно свойствами LC, в то время как второе или другие соединения могут также нести одну или более LC групп.The characteristics of a liquid crystal can also be obtained by multiple grafting of two or more different organic compounds onto the surface of nanocrystals. For such a mixed monolayer, one compound has electrical conductive properties and optionally LC properties, while the second or other compounds may also carry one or more LC groups.

Нанокристаллы с привитыми, как описано, органическими соединениями образуют гибридный нанокомпозитный материал, содержащий параллельные каналы для амбиполярного коаксиального транспорта носителей заряда.Nanocrystals with organic compounds grafted, as described, form a hybrid nanocomposite material containing parallel channels for ambipolar coaxial transport of charge carriers.

Особенно предпочтительны материалы с регулируемыми поглощающими и транспортными свойствами, что дает возможность изготовить солнечные батареи, поглощающие в определенном диапазоне длин волн.Particularly preferred materials with adjustable absorbing and transport properties, which makes it possible to manufacture solar cells that absorb in a certain range of wavelengths.

Для того, чтобы изготовить эффективные солнечные батареи, спектр поглощения органического соединения предпочтительно должен быть близок или лежать в области солнечного спектра. Обычно для отдельных видов этого не достигается. Однако прививание множества видов с дополняющими спектрами поглощения может привести к "черному" нанокомпозиту, способному поглощать диапазон излучения, превышающий весь солнечный спектр. Особенно предпочтительным является комбинированное прививание пентоцена или олиготиофенов с фталоцианинами, что приводит к поглощению спектра длин волн от 300 нм до 900 нм.In order to produce efficient solar cells, the absorption spectrum of the organic compound should preferably be close to or lying in the region of the solar spectrum. Usually this is not achieved for individual species. However, grafting of many species with complementary absorption spectra can lead to a black nanocomposite capable of absorbing a radiation range that exceeds the entire solar spectrum. Especially preferred is the combined grafting of pentocene or oligothiophenes with phthalocyanines, which leads to the absorption of the wavelength spectrum from 300 nm to 900 nm.

Нанокомпозитные материалы с множественным прививанием могут быть получены посредством прививания различных материалов, одновременно или последовательно, на группу наночастиц или посредством смешивания групп наночастиц с одним видом привитого органического полупроводника.Multiple grafting nanocomposite materials can be obtained by grafting various materials simultaneously or sequentially onto a group of nanoparticles or by mixing groups of nanoparticles with one type of grafted organic semiconductor.

После прививания органические соединения формируют вокруг нанокристалла четко-определенный и стабильный домен с регулируемыми поглощающими и проводящими свойствами. Нанокомпозитный материал, содержащий неорганические полупроводниковые нанокристаллы n- или p-типа, с привитыми органическими полупроводниковыми соединениями n- или p-типа соответственно, делает возможной коаксиальную амбиполярную проводимость, электроны в основном переходят в нанокристалл, в то время как дырки в основном переходят в органическую оболочку.After grafting, organic compounds form around the nanocrystal a clearly defined and stable domain with adjustable absorbing and conductive properties. A nanocomposite material containing n- or p-type inorganic semiconductor nanocrystals grafted with n- or p-type organic semiconductor compounds, respectively, makes coaxial ambipolar conductivity possible, electrons mainly transfer to the nanocrystal, while holes mainly go into the organic shell.

Органические соединения прививаются на, по меньшей мере, часть поверхности вытянутого нанокристалла. В большинстве случаев предпочтительно прививание всего монослоя для поддержки формирования четко упорядоченного или кристаллического SAM.Organic compounds are grafted onto at least a portion of the surface of the elongated nanocrystal. In most cases, grafting of the entire monolayer is preferred to support the formation of a well-ordered or crystalline SAM.

Однако в некоторых случаях может быть предпочтителен гибридный нанокомпозитный материал с неполным SAM.However, in some cases, an incomplete SAM hybrid nanocomposite material may be preferred.

На самом деле гибридный нанокомпозитный материал с неполным или смешанным SAM может способствовать проводимости между гибридными нанокристаллами. Это происходит потому, что транспорт носителей заряда между двумя соседними гибридными нанокристаллами затрагивает пересечение двух SAM, которое для конфигурации n-p эквивалентно n-p-p-n переходу. Вероятность того, что электрон эффективно, т.е. без потери сопротивления, пересечет такой переход, может быть повышена, если на нанокристалл привить, как описано выше, определенное количество органического соединения с другим типом проводимости или, если возможен прямой механический контакт с поверхностью нанокристалла.In fact, a hybrid nanocomposite material with incomplete or mixed SAM can promote conductivity between hybrid nanocrystals. This is because carrier transport between two adjacent hybrid nanocrystals involves the intersection of two SAMs, which for the n-p configuration is equivalent to the n-p-p-n junction. The probability that an electron is effective, i.e. without loss of resistance, crosses such a transition, can be increased if a certain amount of organic compound with a different type of conductivity is grafted onto the nanocrystal, as described above, or if direct mechanical contact with the surface of the nanocrystal is possible.

Результатом является создание "транспортных каналов" для электронов, которые упрощают транспорт носителей заряда в нанокристаллах.The result is the creation of "transport channels" for electrons, which simplify the transport of charge carriers in nanocrystals.

Прививание электрически проводящих органических соединений на поверхность электрически проводящих неорганических вытянутых нанокристаллов позволяет производить гибридные нанокомпозитные материалы, которые могут формировать следующие переходы между наночастицами:The grafting of electrically conductive organic compounds onto the surface of electrically conductive inorganic elongated nanocrystals allows the production of hybrid nanocomposite materials that can form the following transitions between nanoparticles:

- гибридные нанокомпозиты, содержащие металлические нанокристаллы, с привитыми органическими соединениями с транспортными свойствами носителей заряда n- или p-типа соответственно дают возможность производить m-p или m-n диоды Шоттки;- hybrid nanocomposites containing metal nanocrystals grafted with organic compounds with the transport properties of n- or p-type charge carriers, respectively, make it possible to produce m-p or m-n Schottky diodes;

- гибридные нанокомпозиты, содержащие металлические и полупроводниковые нанокристаллы, с привитыми органическими соединениями с транспортными свойствами носителей заряда n-типа, p-типа или металлическими, дают возможность формировать p-n, p-p, n-n, m-m, m-p, m-n межнаночастичные переходы соответственно; и- hybrid nanocomposites containing metal and semiconductor nanocrystals, grafted with organic compounds with the transport properties of n-type, p-type or metal charge carriers, make it possible to form pn, p-p, nn, m-m, m-p, m-n inter-particle transitions, respectively; and

- гибридные нанокомпозиты, в которых органическое соединение содержит изолирующую часть, могут, принимая во внимание четко упорядоченные SAM, которые могут быть получены, формировать p-i-n, p-i-p, n-i-n, m-i-m, m-i-p, m-i-n переходы.- hybrid nanocomposites in which the organic compound contains an insulating part can, taking into account the clearly ordered SAMs that can be obtained, form p-i-n, p-i-p, n-i-n, m-i-m, m-i-p, m-i-n junctions.

Процесс производстваProduction process

Вторым объектом изобретения является способ производства нанокомпозитных материалов согласно изобретению.The second object of the invention is a method for the production of nanocomposite materials according to the invention.

Нанокомпозитный материал согласно изобретению легко получают посредством выполнения традиционных операций от реагентов, нанокристаллов и органического соединения, без необходимости специфического оборудования. Технология не требует использования высоких температур, высокого вакуума или выполнения различных литографических операций. Нанокомпозитный материал согласно изобретению, таким образом, может быть произведен при низкой себестоимости.The nanocomposite material according to the invention is easily obtained by performing conventional operations from reagents, nanocrystals and an organic compound, without the need for specific equipment. The technology does not require the use of high temperatures, high vacuum or various lithographic operations. The nanocomposite material according to the invention can thus be produced at low cost.

Процесс производства гибридного нанокомпозитного материала в соответствии с изобретением содержит этапы, включающие:The manufacturing process of a hybrid nanocomposite material in accordance with the invention comprises steps including:

(i) обеспечение электрически проводящих неорганических вытянутых нанокристаллов;(i) providing electrically conductive inorganic elongated nanocrystals;

(ii) контактирование нанокристаллов с электрически проводящими органическими соединениями, при необходимости в соответствующем растворителе, в условиях, подходящих для прививания органического соединения на нанокристаллы;(ii) contacting the nanocrystals with electrically conductive organic compounds, optionally in an appropriate solvent, under conditions suitable for grafting the organic compound onto the nanocrystals;

(iii) изоляция полученных привитых нанокристаллов от смеси реагентов; и(iii) isolation of the obtained grafted nanocrystals from a mixture of reagents; and

(iv) очистка композита, если применимо.(iv) cleaning the composite, if applicable.

Предпочтительно нанокристаллы обеспечиваются на этапе (i) в форме суспензии в соответствующем растворителе. Предпочтительно нанокристаллы используются в таком качестве, без какой-либо дальнейшей обработки, и, в частности, без какого-либо поверхностно-активного вещества. На самом деле, наличие какого-либо инородного соединения может затруднять процесс прививания и формирования кристаллического самоорганизующегося слоя и, таким образом, снижать достигаемую эффективность устройства.Preferably, the nanocrystals are provided in step (i) in the form of a suspension in an appropriate solvent. Preferably, the nanocrystals are used as such, without any further processing, and, in particular, without any surfactant. In fact, the presence of any foreign compound can impede the process of grafting and the formation of a crystalline self-organizing layer and, thus, reduce the achieved efficiency of the device.

Растворитель, если таковой используется, выбирается в соответствии с природой нанокристалла, однако, в общем случае, это неполярный растворитель, такой как хлорсодержащий ароматический ряда или алифатический углеводород, эфир или подобные. Особенно предпочтительными являются хлорбензол, дихлорбензол, хлороформ, дихлорометилен, диметилформамид, тетрагидрофуран. Но в зависимости от природы наночастиц и молекулы для прививания могут также подойти полярные растворители, такие как метанол, этанол, пропанол и ацетон.The solvent, if used, is selected according to the nature of the nanocrystal, however, in general, it is a non-polar solvent such as a chlorine-containing aromatic series or an aliphatic hydrocarbon, ether or the like. Particularly preferred are chlorobenzene, dichlorobenzene, chloroform, dichloromethylene, dimethylformamide, tetrahydrofuran. But depending on the nature of the nanoparticles and the grafting molecule, polar solvents such as methanol, ethanol, propanol and acetone may also be suitable.

Этап (ii) способа предпочтительно выполняется со взбалтыванием. Время реакции значительно зависит от реактивности задействованной закрепляющейся группы и от материала нанокристалла. Реакция, однако, наиболее часто завершается в течение 1-48 часов, а морфологическая эволюция прививаемого монослоя в направлении кристаллической организации может занять несколько дней.Step (ii) of the method is preferably performed with agitation. The reaction time significantly depends on the reactivity of the attached fusing group and on the material of the nanocrystal. The reaction, however, most often ends within 1-48 hours, and the morphological evolution of the grafted monolayer in the direction of crystalline organization can take several days.

В соответствии со специфическим выполнением изобретения нанокристалл прививается органическими соединениями, имеющими различные спектры поглощения.In accordance with a specific embodiment of the invention, the nanocrystal is grafted with organic compounds having different absorption spectra.

В соответствии с другим выполнением изобретения нанокристалл прививается двумя органическими соединениями, отличающимися преимущественным транспортом носителей заряда.In accordance with another embodiment of the invention, the nanocrystal is grafted with two organic compounds characterized by preferential transport of charge carriers.

В соответствии с другим выполнением изобретения нанокристалл прививается двумя органическими соединениями, отличающимися проводящими свойствами и свойствами самоорганизации.According to another embodiment of the invention, the nanocrystal is grafted with two organic compounds characterized by conductive and self-organizing properties.

В соответствии с другим выполнением изобретения нанокристалл прививается двумя органическими соединениями, отличающимися проводящими свойствами и жидкокристаллическими свойствами.According to another embodiment of the invention, the nanocrystal is grafted with two organic compounds characterized by conductive properties and liquid crystal properties.

Во всех случаях предпочтительно специфическое прививание различных соединений.In all cases, specific grafting of various compounds is preferred.

Однако прививание органических соединений в определенных позициях на поверхности нанокристаллов является сложной, т.к. в большинстве случаев поверхности не хватает селективности по отношению к соединению. В таких случаях поверхность нанокристалла необходимо сначала подготовить к тому, чтобы стать селективной. Следующие два выполнения дают возможность селективного прививания нанокристаллов. Они пояснены для органических соединений n- и p-типа, совместно привитых на поверхность неорганического полупроводника n-типа, но также могут быть применимы к другим типам соединений.However, grafting organic compounds at specific positions on the surface of nanocrystals is difficult, because in most cases, the surface lacks selectivity for the compound. In such cases, the surface of the nanocrystal must first be prepared to become selective. The following two performances enable selective grafting of nanocrystals. They are explained for n- and p-type organic compounds grafted together on the surface of an n-type inorganic semiconductor, but can also be applied to other types of compounds.

В соответствии с первым вариантом реализации изобретения прививание органического соединения p-типа на поверхность нанокристалла не было завершено, оставив нанокристалл с площадью покрытия поверхности менее 100%. Если покрытия достаточно, может формироваться стабильный SAM. Неполный SAM может затем функционировать на втором этапе как шаблон для последовательного прививания органического соединения n-типа селективно к поверхности нанокристалла.According to a first embodiment of the invention, grafting of the p-type organic compound onto the surface of the nanocrystal was not completed, leaving the nanocrystal with a surface coverage of less than 100%. If there is enough coverage, a stable SAM can be formed. Incomplete SAM can then function in the second step as a template for sequentially grafting an n-type organic compound selectively to the surface of the nanocrystal.

В соответствии со вторым вариантом реализации изобретения на нанокристаллы сначала прививается органическое соединение p-типа для получения полного SAM на поверхности (поверхность нанокристалла покрыта на 100%). На втором этапе полученный гибридный нанокомпозит подвергается обработке раствором, содержащим полупроводник n-типа, при этом органические соединения p-типа будут частично заменены на соединения p-типа, в особенности в тех позициях, где SAM менее стабилен, таких как, например, края вытянутого нанокристалла.According to a second embodiment of the invention, a p-type organic compound is first grafted onto the nanocrystals to obtain complete SAM on the surface (the surface of the nanocrystal is 100% coated). At the second stage, the obtained hybrid nanocomposite is subjected to treatment with a solution containing an n-type semiconductor, while p-type organic compounds will be partially replaced by p-type compounds, especially in those positions where SAM is less stable, such as, for example, the edges of an elongated nanocrystal.

На третьем этапе (iii) гибридный нанокомпозитный материал изолируется традиционными методами. При использовании растворителя разделение может быть удобно выполнено посредством фильтрации, и/или центрифугирования, и/или испарения.In a third step (iii), the hybrid nanocomposite material is isolated by conventional methods. When using a solvent, the separation can be conveniently performed by filtration and / or centrifugation and / or evaporation.

Кроме промывания раствором отдельной очистки обычно не требуется.In addition to washing with a solution, separate cleaning is usually not required.

Гибридные нанокомпозиты, полученные таким способом, стабильны во времени и могут храниться до использования в растворе. На самом деле, электростатические или ковалентные связи, связывающие органические и неорганические материалы, препятствуют разделению фаз нанокомпозита в растворе. Формирование самоорганизующегося монослоя (SAM) также может вносить вклад в стабилизацию гибридного нанокомпозита.Hybrid nanocomposites obtained in this way are stable over time and can be stored until use in solution. In fact, electrostatic or covalent bonds that bind organic and inorganic materials interfere with the separation of the phases of the nanocomposite in solution. The formation of a self-organizing monolayer (SAM) can also contribute to the stabilization of the hybrid nanocomposite.

Т.к. вытянутые нанокристаллы обладают размерной стабильностью, при изготовлении в виде тонких пленок нанокомпозиты также стабильны. Гибридные нанокомпозиты в данном изобретении, таким образом, дают возможность доступа к разнообразию электрооптических и электронных переключающих устройств, стабильных во времени.Because elongated nanocrystals are dimensionally stable; nanocomposites are also stable in the manufacture of thin films. The hybrid nanocomposites of this invention thus provide access to a variety of time-stable electro-optical and electronic switching devices.

Тонкие пленкиThin film

Тонкие пленки с коаксиальными амбиполярными проводящими свойствами могут быть получены как путем осаждения гибридного нанокомпозита согласно изобретению, так и из раствора, также содержащего вспомогательные вещества, такие как полимеры.Thin films with coaxial ambipolar conductive properties can be obtained both by deposition of the hybrid nanocomposite according to the invention, and from a solution also containing auxiliary substances, such as polymers.

Из гибридного нанокомпозита согласно изобретению можно изготовить тонкую пленку стандартными методами с использованием растворов, такими как покрытие, получаемое центрифугированием, погружением или печатью, за которыми, в общем случае, следует этап сушки.A thin film can be made from the hybrid nanocomposite according to the invention by standard methods using solutions, such as a coating obtained by centrifugation, immersion or printing, which, in general, is followed by a drying step.

Организация и ориентация гибридных нанокристаллов внутри тонкой пленки может контролироваться с использованием различных технологий, в частности с применением электрического поля, т.е. постоянного или переменного электрического поля, формируя тонкую пленку методами Ленгмюра Блоджетт, технологии медленной сушки пленки с использованием растворителей с высокой температурой кипения.The organization and orientation of hybrid nanocrystals inside a thin film can be controlled using various technologies, in particular using an electric field, i.e. a constant or alternating electric field, forming a thin film by Langmuir Blodgett methods, the technology of slow drying of the film using solvents with a high boiling point.

Организация и ориентация нанокристаллов внутри нанокомпозита может также контролироваться посредством селективного прививания различных органических соединений в определенных позициях нанокристаллов, таких как терминальные окончания или боковые стенки.The organization and orientation of nanocrystals within the nanocomposite can also be controlled by selectively grafting various organic compounds at specific positions of the nanocrystals, such as terminal endings or side walls.

Также для обеспечения амфифильных свойств нанокристаллов может использоваться прививание различных органических соединений. Кроме того, изменение количества молекул, привитых на поверхность, дает возможность регулировать взаимодействие с гибридным нанокомпозитом и, таким образом, организацию привитых соединений с самоорганизующимися и LC свойствами на поверхности.In addition, grafting of various organic compounds can be used to ensure the amphiphilic properties of nanocrystals. In addition, a change in the number of molecules grafted onto the surface makes it possible to regulate the interaction with a hybrid nanocomposite and, thus, the organization of grafted compounds with self-organizing and LC properties on the surface.

Для некоторых применений может быть интересным получить тонкие пленки нанокомпозита с частичным или полным отделением или разделением органических и неорганических компонентов. Это может быть получено посредством использования привитых соединений, которые формируют только слабые связи с поверхностью вытянутого нанокристалла или, в конечном счете, посредством дополнительных операций отжига.For some applications, it may be interesting to obtain thin films of a nanocomposite with partial or complete separation or separation of organic and inorganic components. This can be obtained through the use of grafted compounds, which form only weak bonds with the surface of the elongated nanocrystal or, ultimately, through additional annealing operations.

Солнечные батареиSolar panels

Третий аспект изобретения касается солнечных батарей, содержащих композитные материалы в соответствии с изобретением.A third aspect of the invention relates to solar cells containing composite materials in accordance with the invention.

Преимущественно гибридный нанокомпозит согласно изобретению может быть изготовлен из раствора и может даже быть печатаемым.Advantageously, the hybrid nanocomposite according to the invention can be made from a solution and can even be printed.

Солнечная батарея может, в частности, быть изготовлена с использованием следующих этапов, включающих:A solar battery may, in particular, be manufactured using the following steps, including:

(а) покрытие структурированной проводящей прозрачной подложки, такой как подложка ITO проводящей пленкой, такой как PEDOT пленка; проводящая пленка обеспечивает эффективную экстракцию дырок и инжекцию в органическую часть гибридного композита;(a) coating a structured conductive transparent substrate, such as an ITO substrate with a conductive film, such as a PEDOT film; a conductive film provides efficient hole extraction and injection into the organic part of the hybrid composite;

(b) покрытие слоем гибридного нанокомпозита поверхности проводящего слоя;(b) coating a hybrid nanocomposite layer with a surface of a conductive layer;

(с) закрепление электрических контактов, обычно алюминиевых на поверхности слоя гибридного нанокомпозита для эффективной экстракции электронов и инжекции в органическую часть гибридного композита.(c) attaching electrical contacts, typically aluminum, to the surface of the hybrid nanocomposite layer for efficient electron extraction and injection into the organic part of the hybrid composite.

Предпочтительные солнечные батареи формируются в виде тонкой пленки на гибридном нанокомпозите, наносимом на поверхность проводящей подложки в виде фотогальванического активного слоя. Кроме того, посредством использования гибридного нанокомпозита с внутренним n-p переходом может происходить поглощение света и диссоциация экситонов на поверхности раздела гибрида, за которыми следует амбиполярный транспорт к внешним электродам. Во всех случаях органическое соединение играет активную фотогальваническую роль и/или приводит к улучшенной растворимости, инжекции носителей заряда и свойствам самоорганизации неорганического вытянутого нанокристалла.Preferred solar cells are formed in the form of a thin film on a hybrid nanocomposite deposited on the surface of a conductive substrate in the form of a photovoltaic active layer. In addition, through the use of a hybrid nanocomposite with an internal n-p junction, light absorption and dissociation of excitons at the interface of the hybrid can occur, followed by ambipolar transport to external electrodes. In all cases, the organic compound plays an active photovoltaic role and / or leads to improved solubility, carrier injection and self-organization properties of an inorganic elongated nanocrystal.

В общем случае гибридный нанокомпозит основан на комбинации металлических и полупроводниковых нанокристаллов, с привитыми органическими соединениями с металлическими, p- или n-типа транспортными свойствами носителей заряда, собранными в ансамбли, со следующими внутренними переходами наночастиц в соответствии с изобретением: p-n, p-p, n-n, m-m, m-p, m-n, где m, n и p обозначают органические или неорганические металлические, n- и p-типа полупроводниковые свойства соответственно, также обладают свойствами разделения заряда и, таким образом, являются полезными в качестве фотогальванических активных материалов для солнечных батарей.In general, a hybrid nanocomposite is based on a combination of metal and semiconductor nanocrystals, with grafted organic compounds with metallic, p- or n-type transport properties of charge carriers assembled in ensembles, with the following internal transitions of nanoparticles in accordance with the invention: pn, pp, nn , mm, mp, mn, where m, n and p are organic or inorganic metallic, n- and p-type semiconductor properties, respectively, also have charge separation properties and, therefore, are znymi as active photovoltaic materials for solar cells.

Кроме того, изолирующая составляющая, вводимая в органическое соединение, может, принимая во внимание четко упорядоченные SAM, которые могут быть получены, играть роль изолирующего слоя в традиционных устройствах. Поэтому применение нанокомпозитов с p-i-p, p-i-n, n-p-i-n, m-i-m, m-i-p, m-i-n переходами, которые дают возможность лучшего разделения электронных свойств каждой части гибридного нанокомпозита, может привести к улучшению работы солнечных батарей по сравнению с упомянутыми выше гибридными нанокристаллами.In addition, the insulating component introduced into the organic compound can, taking into account the clearly ordered SAMs that can be obtained, play the role of an insulating layer in traditional devices. Therefore, the use of nanocomposites with p-i-p, p-i-n, n-p-i-n, m-i-m, m-i-p, m-i-n transitions, which make it possible to better separate the electronic properties of each part of the hybrid nanocomposite, can lead to an improvement in the performance of solar cells compared to the hybrid nanocrystals mentioned above.

Гибридные композиты, формирующие p-i-p, p-i-n, n-i-n переходы могут быть полезны в качестве активного слоя для полевых транзисторов (FET).Hybrid composites forming p-i-p, p-i-n, n-i-n junctions can be useful as an active layer for field effect transistors (FETs).

Переключаемые устройстваSwitchable devices

Четвертый аспект изобретения относится к переключаемым устройствам, в состав которых входит композитный материал в соответствии с изобретением.A fourth aspect of the invention relates to switchable devices that comprise a composite material in accordance with the invention.

Переключаемые устройства могут быть, в частности, в простейшем случае полевыми транзисторами (FET, field effect transistor), использующими в качестве электрически активного слоя тонкую пленку нанокомпозита, т.е. слоя для транспорта носителей заряда. Кроме того, с помощью использования гибридного нанокомпозитного материала с внутренними n-p переходами могут быть сформированы амбиполярные транзисторы. Во всех случаях органическое соединение обладает активными электрическими транспортными свойствами и/или приводит к улучшению растворимости, инжекции носителей заряда и свойств самоорганизации неорганического вытянутого кристалла.Switchable devices can be, in particular, in the simplest case, field effect transistors (FETs) using a thin film of a nanocomposite as an electrically active layer, i.e. layer for transport of charge carriers. Furthermore, by using a hybrid nanocomposite material with internal n-p junctions, ambipolar transistors can be formed. In all cases, the organic compound has active electrical transport properties and / or leads to improved solubility, carrier injection and self-organization properties of an inorganic elongated crystal.

Материалы с другими видами транспорта носителей заряда могут быть получены посредством изменения электронных характеристик органических и неорганических материалов. Например, в качестве активного слоя для полевых транзисторов FET могут использоваться гибридные нанокомпозиты с внутренними (межчастичными) p-n, p-p, n-n-переходами.Materials with other modes of transport of charge carriers can be obtained by changing the electronic characteristics of organic and inorganic materials. For example, hybrid nanocomposites with internal (interparticle) p-n, p-p, n-n junctions can be used as the active layer for FET field effect transistors.

Кроме того, между закрепляющей и проводящей фракциями представлена изолирующая часть, и, принимая во внимание четко упорядоченный SAM, который может быть получен, такая часть может играть роль изолирующего слоя в традиционных устройствах. Поэтому применение нанокомпозитов с p-i-n, p-i-p, n-i-n-переходами, которые дают возможность лучшего разделения электронных свойств каждой части гибридного нанокомпозита, может привести к улучшению транспорта носителей заряда в гибридных полевых транзисторах с использованием гибридных нанокомпозитных материалов.In addition, an insulating part is represented between the fixing and conductive fractions, and taking into account the clearly ordered SAM that can be obtained, such a part can play the role of an insulating layer in conventional devices. Therefore, the use of nanocomposites with p-i-n, p-i-p, n-i-n junctions, which make it possible to better separate the electronic properties of each part of the hybrid nanocomposite, can lead to improved carrier transport in hybrid field effect transistors using hybrid nanocomposite materials.

Переключаемые устройства могут быть изготовлены из гибридных нанокомпозитных материалов согласно изобретению традиционными методами, в которых покрытие гибридного нанокомпозита выполняется методом покрытия с помощью центрифугирования или другими технологиями обработки раствором поверх обработанной или необработанной подложки SiO2.Switchable devices can be made of hybrid nanocomposite materials according to the invention by traditional methods in which the hybrid nanocomposite is coated by centrifugation or other solution processing technologies on a treated or untreated SiO 2 substrate.

Также предполагается использование гибридного нанокомпозита согласно изобретению в качестве светодиодов (LED light emitting diode) и в качестве наноразмерных источников питания.It is also contemplated to use the hybrid nanocomposite according to the invention as LEDs (LED light emitting diode) and as nanoscale power supplies.

Изобретение далее будет описываться с помощью примеров со ссылкой на следующие фигуры:The invention will now be described using examples with reference to the following figures:

Фиг.1: схематическое представление ансамбля n-p-переходов в гибридном нанокомпозите в соответствии с предпочтительной реализацией изобретения;Figure 1: schematic representation of an ensemble of n-p junctions in a hybrid nanocomposite in accordance with a preferred embodiment of the invention;

Фиг.2: (а) Электронный спектр поглощения (i) наностержней ZnO; (ii) органического соединения АО; (iii) гибридного нанокомпозита в соответствии с примером 1, все в растворе THF;Figure 2: (a) Electronic absorption spectrum (i) of ZnO nanorods; (ii) an organic compound of AO; (iii) a hybrid nanocomposite according to Example 1, all in a THF solution;

(b) Электронный спектр поглощения (i) наностержней ZnO; (ii) органического соединения ADO; (iii) гибридного нанокомпозита в соответствии с примером 2, все в растворе THF;(b) Electronic absorption spectrum (i) of ZnO nanorods; (ii) an organic compound of ADO; (iii) a hybrid nanocomposite according to Example 2, all in a THF solution;

Фиг.3: Электронный спектр поглощения (А): (i) раствора Ds2T (THF, концентрация 8·10-8 молекулярной массы), (ii) тонкой пленки Ds2T на кварцевой подложке H поляризованной, полученной испарением в высоком вакууме, толщиной 50 нм. (В) Электронный спектр поглощения (i) раствора АО, привитых наностержней (TFH, концентрация) и (ii) раствора соответствующих АО привитых сферических нанокристаллов.Figure 3: Electronic absorption spectrum (A): (i) a Ds2T solution (THF, concentration of 8 · 10 -8 molecular weight), (ii) a thin Ds2T film on a polarized quartz substrate H obtained by evaporation in high vacuum, 50 nm thick . (B) The electronic absorption spectrum of (i) an AO solution, grafted nanorods (TFH, concentration), and (ii) a solution of the corresponding AO grafted spherical nanocrystals.

Фиг.4: (А) Схемы внеплоскостной рентгеновской дифракции тонких пленок и АО порошка примера 1; (В) Схемы внутриплоскостной рентгеновской дифракции тонких пленок гибридного нанокомпозита примера 1 и Ds2T, осажденного на подложку SiO2 при различных температурах;Figure 4: (A) Schemes of extraplanar x-ray diffraction of thin films and AO powder of example 1; (B) Schemes of in-plane X-ray diffraction of thin films of the hybrid nanocomposite of Example 1 and Ds2T deposited on a SiO 2 substrate at different temperatures;

Фиг.5: Схематическое представление солнечной батареи, изготовленной с использованием гибридного нанокомпозита согласно изобретению;5: Schematic representation of a solar cell fabricated using a hybrid nanocomposite according to the invention;

Фиг.6: Вольт-амперные характеристики солнечных батарей, содержащих гибридный нанокомпозит с 80-100% покрытием (черный и красный) или с 50-70% покрытием (зеленый и синий) поверхности ZnO наностержней примера 1 (АО-ZnO(A) и примера 2 ADO-ZnO (B) при освещении АМО 1.5 спектром.6: Current-voltage characteristics of solar cells containing a hybrid nanocomposite with 80-100% coating (black and red) or with 50-70% coating (green and blue) of the ZnO surface of the nanorods of Example 1 (AO-ZnO (A) and Example 2 ADO-ZnO (B) when illuminated with AMO 1.5 spectrum.

Фиг.7: (а) Внешняя квантовая эффективность как функция от длины волны для солнечных батарей, содержащих гибридный нанокомпозит примера 1; монослой органического соединения почти полностью (80-100% покрытия поверхности, черный и зеленый) или только частично (50-70% покрытия поверхности, красный) покрывает поверхность ZnO наностержней. (b) Внешняя квантовая эффективность как функция от длины волны для солнечных батарей, содержащих гибридный нанокомпозит примера 2; монослой органического соединения почти полностью (80-100% покрытия поверхности, черный и красный) или только частично (50-70% покрытия поверхности, зеленый) покрывает поверхность ZnO наностержней;7: (a) External quantum efficiency as a function of wavelength for solar cells containing the hybrid nanocomposite of Example 1; a monolayer of an organic compound almost completely (80-100% of the surface coating, black and green) or only partially (50-70% of the surface coating, red) covers the surface of ZnO nanorods. (b) External quantum efficiency as a function of wavelength for solar cells containing the hybrid nanocomposite of Example 2; a monolayer of an organic compound almost completely (80-100% of the surface coating, black and red) or only partially (50-70% of the surface coating, green) covers the surface of ZnO nanorods;

Фиг.8: Схема HFET, изготовленное с использованием тонких пленок из гибридного нанокомпозитного материала; иFig: HFET scheme made using thin films of a hybrid nanocomposite material; and

Фиг.9: (a) Гибридный полевой транзистор: график IDs от VDs при различных напряжениях на затворе в устройствах на основе тонких пленок из гибридного нанокомпозитного материала, согласно примерам, изготовленным методом покрытия с использованием центрифугирования (А), режима дырочного транспорта, режима электронного транспорта.Fig. 9: (a) Hybrid field effect transistor: graph of IDs from VDs for various gate voltages in devices based on thin films of a hybrid nanocomposite material, according to examples made by coating using centrifugation (A), hole transport mode, electronic mode transport.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Пример 1: Подготовка гибридного нанокомпозитного материала с ZnO наностержнямиExample 1: Preparation of a hybrid nanocomposite material with ZnO nanorods

А. Изготовление ZnO наностержнейA. Fabrication of ZnO Nanorods

В подходящей колбе гидроксид натрия (288,8 мг, 7,22 ммоль) и метанол (23 мл) диспергируются с помощью ультразвука до получения высокой степени дисперсия. В отдельной колбе ацетат цинка (818,2 мг, 4,46 ммоль), метанол (42 мл) и вода (318 мл) диспергируются ультразвуком до полного растворения и нагреваются в процессе центрифугирования до 60°С. В атмосфере аргона раствор гидроксида натрия по капле добавляется к раствору ацетата цинка. Через 2 часа и 15 минут при 60°С раствор для выращивания эпитаксиального слоя конденсируется в 10 мл при пониженном давлении при 55°С (раствор становится бесцветным) и нагревается в течение 48 часов при 60°С. Декантированная дисперсия переносится в дистилляционную колбу, затем добавляется 50 мл метанола, раствор центрифугируется в течение 5 минут, а затем декантируется и удаляется надосадочная жидкость. Такой процесс отмывки повторяется 3 раза.In a suitable flask, sodium hydroxide (288.8 mg, 7.22 mmol) and methanol (23 ml) are dispersed by ultrasound to obtain a high degree of dispersion. In a separate flask, zinc acetate (818.2 mg, 4.46 mmol), methanol (42 ml) and water (318 ml) are dispersed by ultrasound until completely dissolved and heated by centrifugation to 60 ° C. In an argon atmosphere, a solution of sodium hydroxide is added dropwise to a solution of zinc acetate. After 2 hours and 15 minutes at 60 ° C, the solution for growing the epitaxial layer condenses in 10 ml under reduced pressure at 55 ° C (the solution becomes colorless) and is heated for 48 hours at 60 ° C. The decanted dispersion is transferred to a distillation flask, then 50 ml of methanol is added, the solution is centrifuged for 5 minutes, and then the supernatant is decanted and removed. This washing process is repeated 3 times.

Получены ZnO наностержни со средним диаметром 10-12 нм и средней длиной 60 нм по результатам просвечивающей электронной микроскопии (TEM - transmission electron microscopy). TEM изображения высокого разрешения (HRTEM) обнаруживают, что чистые ZnO стержни представляют собой монокристаллические нанокристаллы с исключительно плоскими поверхностями при атомарном разрешении.ZnO nanorods with an average diameter of 10-12 nm and an average length of 60 nm were obtained according to the results of transmission electron microscopy (TEM - transmission electron microscopy). High resolution TEM images (HRTEM) reveal that pure ZnO rods are single crystal nanocrystals with exceptionally flat surfaces at atomic resolution.

Следуя аналогичной химической процедуре, но без последнего этапа конденсации и последующего роста, были получены сферические ZnO наночастицы диаметром 4 нм, которые использовались в качестве сравнительных.Following a similar chemical procedure, but without the last stage of condensation and subsequent growth, spherical ZnO nanoparticles with a diameter of 4 nm were obtained, which were used as comparative ones.

В. Изготовление гибридного нанокомпозитаB. Production of a hybrid nanocomposite

К наностержням, полученным в соответствии с предыдущим разделом, прививается полупроводниковый олиготиофен (АО), имеющий следующую формулу:Semiconductor oligothiophene (AO) having the following formula is grafted onto nanorods obtained in accordance with the previous section:

Figure 00000006
Figure 00000006

Эта несимметрично замещенная производная дистирил битиофена, в пара-положении которой находится n-октилкислородная цепочка и карбоновая кислота, выполняющая функцию терминальных групп, были синтезированы в соответствии с протоколом, представленным ниже:

Figure 00000007
This asymmetrically substituted derivative of distyryl biophene, in the para position of which is an n-octyl oxygen chain and a carboxylic acid that functions as terminal groups, was synthesized in accordance with the protocol presented below:
Figure 00000007

К наностержням было привито полупроводниковое олиготиофеновое соединение АО в соответствии со следующим протоколом. Высококонцентрированный раствор ZnO наностержней в метаноле (50-70 мг/мл) был смешан с раствором АО в тетрагидрофуране (THF - tetrahydrofuran) (обычное используемое отношение 10-7 моль на мг ZnO наностержней) взбалтыванием, и смесь была оставлена на 3 дня при комнатной температуре.A semiconductor oligothiophene compound AO was grafted onto nanorods in accordance with the following protocol. A highly concentrated solution of ZnO nanorods in methanol (50-70 mg / ml) was mixed with a solution of AO in tetrahydrofuran (THF - tetrahydrofuran) (the usual ratio of 10-7 mol per mg of ZnO nanorods used) was shaken, and the mixture was left for 3 days at room temperature temperature.

Функционализированные наностержни были собраны посредством центрифугирования и несколько раз промыты THF до тех пор, пока спектр поглощения UV-VIS всплывающей на поверхности жидкости не показывал какого-либо поглощения в переходных зонах АО хромофора. Результаты демонстрировали полное прививание до концентрации 10-6 моль на мг ZnO наностержней. Это приводит к плотности упаковки, соответствующей значениям, указанным в литературе для поликристаллических пленок Ds2T (см. C. Videlot-Ackermann, J. Ackermann, H. Brisset, K. Kawamura, N. Yoshimoto, P. Raynal, A.El Kassmi, F. Fages, J. Am. Chem. Soc. 127, 16346-16347 (2005)). TEM не показала какой-либо модификации формы и размеров неорганических стержней после функционализации.The functionalized nanorods were collected by centrifugation and washed several times with THF until the absorption spectrum of UV-VIS of the surface fluid showed any absorption in the transition zones of the AO chromophore. The results showed complete grafting to a concentration of 10 -6 mol per mg of ZnO nanorods. This leads to packing densities corresponding to the literature values for Ds2T polycrystalline films (see C. Videlot-Ackermann, J. Ackermann, H. Brisset, K. Kawamura, N. Yoshimoto, P. Raynal, A. El Kassmi, F. Fages, J. Am. Chem. Soc. 127, 16346-16347 (2005)). TEM did not show any modification to the shape and size of the inorganic rods after functionalization.

Пример 2: Изготовление гибридного нанокомпозита с ZnO наностержнямиExample 2: Production of a hybrid nanocomposite with ZnO nanorods

К наностержням, полученным в соответствии с Примером 1 А, прививается полупроводниковый олиготиофен (ADO) со следующей формулой:Semiconductor oligothiophene (ADO) with the following formula is grafted onto nanorods prepared in accordance with Example 1 A:

Figure 00000008
Figure 00000008

Это соединение отличается от соединения АО тем, что дистирил биотиофен имеет в мета-положении twp линейные n-октилоксиловые цепочки. Соединение синтезировано в соответствии с протоколом синтеза ADO и АТО, мы использовали процесс, аналогичный описанному для АО, начиная соответственно с 3,5-дигидроксибензилового спирта и 3,4,5-тригидроксибензилового спирта.This compound differs from the AO compound in that distyryl biothiophene has linear n-octyloxy chains in the twp meta-position. The compound was synthesized according to the synthesis protocol of ADO and ATO, we used a process similar to that described for AO, starting with 3,5-dihydroxybenzyl alcohol and 3,4,5-trihydroxybenzyl alcohol, respectively.

Наностержни были привиты полупроводниковым соединением олиготиофена ADO в соответствии со следующим протоколом. Высококонцентрированный раствор ZnO наностержней в метаноле (50-70 мг/мл) был смешан с раствором ADO в тетрагидрофуране (THF) (обычное используемое отношение 10-7 моль на мг ZnO наностержней) при взбалтывании, затем смесь оставляли на 3 дня при комнатной температуре.The nanorods were grafted with the ADO oligothiophene semiconductor compound according to the following protocol. A highly concentrated solution of ZnO nanorods in methanol (50-70 mg / ml) was mixed with a solution of ADO in tetrahydrofuran (THF) (the usual ratio of 10 -7 mol per mg ZnO nanorods used) with agitation, then the mixture was left for 3 days at room temperature.

Характеристика гибридных нанокомпозитных материаловCharacterization of hybrid nanocomposite materials

FT-IR спектроскопия обеспечила экспериментальное доказательство адсорбции АО на наностержнях с помощью разновидностей карбоксилатов. Спектр твердого образца наностержней, привитых в АО, демонстрировал две группы зон при 1580-1510 см-1 и 1380-1450 см-1 для асимметрично и симметрично напряженных характеров карбоксилат-групп соответственно, а также полную потерю резкого пика при 1686 см-1, соответствующую свободной кислоте в KBr (T. Antoun, R. Brayner, S. Al Terary, F. Fievet, M Chehimi, A. Yassar, Eur. J. Inorg. Chem. 1275-1284 (2007)). Такая неоднородность спектра отражает смешивание различных видов связей карбоксилат-групп с ZnO (K.D. Dobson, A.J. McQuillan, Spectrochimia Acta Part A 55, 1395-1405 (1999)).FT-IR spectroscopy provided experimental evidence for AO adsorption on nanorods using carboxylate species. The spectrum of a solid sample of nanorods grafted in AO showed two groups of zones at 1580-1510 cm -1 and 1380-1450 cm -1 for asymmetrically and symmetrically stressed characters of carboxylate groups, respectively, as well as a complete loss of a sharp peak at 1686 cm -1 , corresponding to free acid in KBr (T. Antoun, R. Brayner, S. Al Terary, F. Fievet, M Chehimi, A. Yassar, Eur. J. Inorg. Chem. 1275-1284 (2007)). This heterogeneity of the spectrum reflects the mixing of various types of bonds of carboxylate groups with ZnO (KD Dobson, AJ McQuillan, Spectrochimia Acta Part A 55, 1395-1405 (1999)).

Различные расстояния между соседними поверхностными атомами цинка в зависимости от лицевых граней нанокристаллов могут делать возможным оба вида координации карбоксилирования: образование хелатных соединений и образование поперечных связей. Кроме того, с помощью спектроскопии флуоресцентной эмиссии наблюдалось наличие поверхностных дефектов в виде вакансий кислорода. Такие узлы благоприятствуют однозубчатому виду координации (K.D. Dobson, A.J. McQuillan, Spectrochimia Acta Part A 55, 1395-1405 (1999)). Вытянутое положение пика метилена и метила С-Н оказалось в хорошем соответствии с положениями пиков свободной кислоты в KBr и осажденной в вакууме тонкой пленки сложного метилового эфира из АО, АОМе, которая является индикативной для кристаллической организации n-октильных цепочек, когда олигомеры связаны с поверхностью металлического оксида (D.L. Allara, R.G. Nuzzo, Langmuir 1, 52-66 (1985)).Different distances between adjacent surface zinc atoms, depending on the faces of the nanocrystals, can make both types of coordination of carboxylation possible: the formation of chelate compounds and the formation of cross-links. In addition, the presence of surface defects in the form of oxygen vacancies was observed using fluorescence emission spectroscopy. Such nodes favor a single-tooth type of coordination (K.D. Dobson, A.J. McQuillan, Spectrochimia Acta Part A 55, 1395-1405 (1999)). The elongated peak position of methylene and methyl CH turned out to be in good agreement with the positions of the free acid peaks in KBr and the thin film of methyl ester deposited in vacuum from AO, AOMe, which is indicative of the crystalline organization of n-octyl chains when the oligomers are bound to the surface metal oxide (DL Allara, RG Nuzzo, Langmuir 1, 52-66 (1985)).

Электронная спектроскопия поглощения обеспечила понимание организации лигандных хромофоров на поверхности наностержня. Спектр раствора АО с привитыми наностержнями в THA демонстрировал большой сдвиг в синюю область спектра и заметное обострение переходной зоны с минимальной энергией для олиготиофена (max=368 нм) по сравнению с переходной зоной в АО в THF (max=465 нм) (см. Фиг. 2А). На самом деле спектр привитых в АО наностержней во многом напоминает спектр тонкой сплошной пленки Ds2T (max=342 нм) (см. Фиг. 3А) испарением в высоком вакууме при температуре подложки 80°C, что соответствует условиям, при которых изготавливаются высококристаллические тонкие пленки. Соответствующие электронные спектры поглощения раствора привитых в ADO наностержней в THF демонстрировали полностью отличное поведение. Фигура 2В показывает, что в случае с наностержнями, привитыми ADO, даже после нескольких дней прививания получен только слабый синий сдвиг и очень большая зона поглощения.Electron absorption spectroscopy provided an understanding of the organization of ligand chromophores on the surface of a nanorod. The spectrum of the AO solution with grafted nanorods in THA showed a large shift to the blue region of the spectrum and a noticeable exacerbation of the transition zone with minimum energy for oligothiophene (max = 368 nm) compared to the transition zone in the AO in THF (max = 465 nm) (see Fig. . 2A). In fact, the spectrum of nanorods grafted into AO resembles in many respects the spectrum of a thin continuous Ds2T film (max = 342 nm) (see Fig. 3A) by evaporation in high vacuum at a substrate temperature of 80 ° C, which corresponds to the conditions under which highly crystalline thin films are produced . The corresponding electronic absorption spectra of the solution grafted in ADO nanorods in THF showed completely different behavior. Figure 2B shows that in the case of nanorods grafted with ADO, even after several days of grafting, only a weak blue shift and a very large absorption zone were obtained.

При прививке соединения АО на сферические наночастицы оксида цинка вместо наностержней был получен менее сдвинутый и уширенный спектр (Фиг. 3В). Центр зоны поглощения лежит в области 400 нм, что указывает на более слабую связь экситонов для поверхностных хромофоров, прикрепленных к сферическим кристаллам, относительно стержнеподобных частиц. Из-за своих характерных геометрических особенностей наностержни из оксида цинка ускоряют самоорганизацию AO в монослой с кристаллической организацией, аналогичной преобладающей в тонких пленках относительно жестких сопряженных систем.When the AO compound was grafted onto spherical zinc oxide nanoparticles, instead of nanorods, a less shifted and broadened spectrum was obtained (Fig. 3B). The center of the absorption zone lies in the region of 400 nm, which indicates a weaker exciton bond for surface chromophores attached to spherical crystals relative to rod-like particles. Due to their characteristic geometric features, zinc oxide nanorods accelerate the self-organization of AO in a monolayer with a crystalline organization similar to that prevailing in relatively thin films of relatively rigid conjugated systems.

Адсорбция молекул из раствора на поверхности наночастиц - очень быстрый процесс. На самом деле характерный гипо DS2T хромный сдвиг Н-агрегированной сигнатуры обычно получается в течение 1 часа после прививания. За этим этапом следует упорядочивание привитых молекул на поверхности, аналогично процессу кристаллизации, приводящее к конечному спектру (см. Фиг. 2А). Это согласуется с известным свойством карбоновых кислот формировать поверхностные органические динамические фазы. Примечательно, что этот эффект также наблюдался в условиях частичного прививания, а именно для плотности функционализации поверхности 50%. Это означает, что при неполном покрытии АО молекулы все еще способны собираться и самоорганизовываться в небольшие кристаллические домены на поверхности наностержня.The adsorption of molecules from a solution on the surface of nanoparticles is a very fast process. In fact, the characteristic hypo DS2T chromic shift of the H-aggregated signature is usually obtained within 1 hour after inoculation. This step is followed by the ordering of the grafted molecules on the surface, similar to the crystallization process, leading to a final spectrum (see Fig. 2A). This is consistent with the well-known property of carboxylic acids to form surface organic dynamic phases. It is noteworthy that this effect was also observed under conditions of partial grafting, namely, for a surface functionalization density of 50%. This means that, with incomplete AO coverage, molecules are still able to assemble and self-organize into small crystalline domains on the surface of the nanorod.

Данные рентгеновской дифракции тонких пленок гибридного нанокомпозита, осаждаемых из раствора, подтверждают кристаллическую организацию молекул олиготиофена на поверхности ZnO. Традиционные внеплоскостные схемы сканирования Θ/2Θ содержат 2 уширенных пика при 2Θ=32° и 2Θ=36°, соответствующих отражению от граней (100) и (101) цинкита ZnO (с кристаллической структурой вюрцита). Отражения от грани (002) не наблюдалось при внеплоскостном детектировании, так как наностержни преимущественно ориентированы параллельно поверхности подложки. При меньших угловых значениях наборы резких пиков, не наблюдаемых на дифракционной картине наностержней ZnO без покрытия, указывали на параметр кристаллической решетки 6,75 нм, что связывается с межчастичным расстоянием в вертикальной упаковке гибридного нанокомпозита в пленке (см. Фиг.4А). Эта периодическая длина близка к величине, определенной из дифрактограммы тонкой пленки чистого АО (параметр решетки 6,44 нм). Это соответствует практически двойному значению молекулярной длины АО. На картине скользящей рентгеновской дифракции (GIXD) в плоскости на гибридном нанокомпозите все еще наблюдаются 2 пика при 2Θ=32° и 2Θ=36°, но, как и ожидалось, они не сопровождаются сильным и резким пиком при 2Θ=35°, соответствующем отражению от грани (002) ZnO. Примечательно, что при более низких значениях 2Θ, представленных на Фиг. 4В, положение пиков соответствует наблюдаемому для тонких пленок дистириловых аналогов (С. Videlot-Ackermann, J. Ackermann, K. Kawamura, N. Yoshimoto, H. Brisset, P. Raynal, A.El Kassmi, F. Fages, Org. Electron. 7, 465-473 (2006)), которые формируют кристаллическую организацию. Они могут приписываться параметру решетки внутри монослоя молекул АО на поверхности ZnO.The X-ray diffraction data of thin films of a hybrid nanocomposite deposited from a solution confirm the crystalline organization of oligothiophene molecules on the ZnO surface. The traditional Θ / 2Θ off-plane scanning schemes contain 2 broadened peaks at 2Θ = 32 ° and 2Θ = 36 °, corresponding to the reflection from the (100) and (101) faces of ZnO zincite (with the wurtzite crystal structure). Reflection from the (002) face was not observed during out-of-plane detection, since the nanorods are mainly oriented parallel to the surface of the substrate. At lower angular values, sets of sharp peaks not observed in the diffraction pattern of uncoated ZnO nanorods indicated a crystal lattice parameter of 6.75 nm, which is associated with the interparticle distance in the vertical packing of the hybrid nanocomposite in the film (see Fig. 4A). This periodic length is close to the value determined from the diffraction pattern of a thin film of pure AO (lattice parameter 6.44 nm). This corresponds to almost double the molecular length of AO. In the pattern of moving X-ray diffraction (GIXD) in a plane on a hybrid nanocomposite, 2 peaks are still observed at 2Θ = 32 ° and 2Θ = 36 °, but, as expected, they are not accompanied by a strong and sharp peak at 2Θ = 35 °, corresponding to reflection from the (002) ZnO face. It is noteworthy that at lower 2Θ values shown in FIG. 4B, the position of the peaks corresponds to that observed for thin films of distirilic analogues (C. Videlot-Ackermann, J. Ackermann, K. Kawamura, N. Yoshimoto, H. Brisset, P. Raynal, A. El Kassmi, F. Fages, Org. Electron . 7, 465-473 (2006)), which form a crystalline organization. They can be attributed to the lattice parameter inside the monolayer of AO molecules on the ZnO surface.

Эти результаты указывают на то, что органический компонент гибридного нанокомпозита примера 1 имеет кристаллическое упорядочивание, в то время как отсутствие таких пиков для нанокомпозита примера 2 означает, что такое упорядочивание отсутствует.These results indicate that the organic component of the hybrid nanocomposite of Example 1 has crystalline ordering, while the absence of such peaks for the nanocomposite of Example 2 means that such ordering is absent.

Изготовление солнечных батарей из гибридного нанокомпозитаProduction of solar cells from a hybrid nanocomposite

Солнечные батареи были изготовлены из гибридного нанокомпозита, подготовленного в примерах 1 и 2, как показано ниже.Solar cells were made from a hybrid nanocomposite prepared in examples 1 and 2, as shown below.

Активный слой гибридного нанокомпозита, полученный в примерах 1 и 2, был нанесен на соответствующую проводящую подложку (ITO на стекле), покрытый перед этим соответствующим слоем с дырочной проводимостью PEDOT:PSS, полученного методом центрифугирования [2000 оборотов в минуту, сушка при 120°С в атмосфере N2]. После сушки и отжига образца при 120°С в течение 15 минут алюминиевый слой испарялся с поверхности активного слоя с использованием масок для формирования контакта напылением.The active layer of the hybrid nanocomposite obtained in examples 1 and 2 was deposited on an appropriate conductive substrate (ITO on glass), coated before this corresponding layer with hole conductivity PEDOT: PSS obtained by centrifugation [2000 rpm, drying at 120 ° C in the atmosphere of N2]. After drying and annealing the sample at 120 ° C for 15 minutes, the aluminum layer was evaporated from the surface of the active layer using masks to form a sputter contact.

Работа полученной солнечной батареи, схематически представленной на Фиг.5, характеризовалась под воздействием симулированного солнечного спектра АМ1.5 около 40 мВатт/см2.The operation of the resulting solar battery, schematically represented in FIG. 5, was characterized by about 40 mW / cm 2 under the influence of the simulated solar spectrum AM1.5.

В обоих случаях вольт-амперная характеристика в отсутствие света была диодоподобной, в то время как под воздействием света отклик был фотогальваническим с хорошо выделенными напряжениями холостого хода Voc и токами короткого замыкания Isc (см. Фиг.6А и 6В). Это показывает, что гибридные композиты ведут себя как p-n переход и способны к диссоциации экситонов, за которой следует сбор дырок и электронов с поверхности раздела гибрида к внешним электродам. Примечательно, что наибольший фототок для обоих типов батарей получен только при 70% покрытия поверхности гибридного нанокомпозита вместо использования нанокомпозита, полностью покрытого монослоем. Это приписывалось лучшему механическому контакту с транспортирующих электроны наностержней, а также большему количеству нанокомпозита, упорядоченному внутри тонкой пленки, так что их продольные оси перпендикулярны ITO подложки. Это может быть выяснено из результатов GIXD измерений с использованием гибридного нанокомпозита с изменяемым покрытием поверхности.In both cases, the current-voltage characteristic in the absence of light was diode-like, while under the influence of light the response was photovoltaic with well-defined open-circuit voltages V oc and short-circuit currents I sc (see Figs. 6A and 6B). This shows that hybrid composites behave like a pn junction and are capable of dissociating excitons, followed by the collection of holes and electrons from the interface of the hybrid to external electrodes. It is noteworthy that the highest photocurrent for both types of batteries was obtained only with 70% coverage of the surface of a hybrid nanocomposite instead of using a nanocomposite completely coated with a monolayer. This was attributed to better mechanical contact with the nanorods transporting the electrons, as well as to a larger amount of the nanocomposite ordered inside the thin film, so that their longitudinal axes are perpendicular to the ITO substrate. This can be ascertained from the results of GIXD measurements using a hybrid nanocomposite with a variable surface coating.

Внешняя квантовая эффективность (EQE - external quantum efficiency) при максимуме поглощения солнечных батарей с использованием гибридного нанокомпозита примера 2 составляет величину порядка 14%, что является очень интересным фотогальваническим откликом такого устройства (см. Фиг. 7А и 7В).External quantum efficiency (EQE - external quantum efficiency) at the maximum absorption of solar cells using the hybrid nanocomposite of example 2 is about 14%, which is a very interesting photovoltaic response of such a device (see Fig. 7A and 7B).

Изготовление гибридных нанокомпозиционных транзисторовFabrication of hybrid nanocomposite transistors

Гибридные транзисторы с полевым эффектом (HFET - hybrid field effect transistor) были изготовлены из гибридных нанокомпозитов примеров 1 и 2 следующим образом.Hybrid field effect transistors (HFETs) were made from the hybrid nanocomposites of Examples 1 and 2 as follows.

Посредством осаждения методом центрифугирования на кремниевую подложку, покрытую SiO2, осаждался нанокомпозит, а золотые контакты истока и стока последовательно осаждались на поверхность полученного слоя. На Фиг. 8 показано схематичное представление HFET.By centrifugation deposition, a nanocomposite was deposited on a silicon substrate coated with SiO 2 , and the gold contacts of the source and drain were successively deposited on the surface of the obtained layer. In FIG. 8 is a schematic representation of an HFET.

HFET, полученные таким образом, были электрически охарактеризованы при отрицательных и положительных напряжениях на затворе. При отрицательном напряжении сеточного смещения ток возрастает наряду с напряжением (см. Фиг.9А). Это свидетельствует о том, что активный канал транзистора обладает способностью к дырочному транспорту.The HFETs thus obtained were electrically characterized at negative and positive gate voltages. At a negative voltage of the grid bias, the current increases along with the voltage (see Fig. 9A). This indicates that the active channel of the transistor has the ability to hole transport.

При положительном сеточном напряжении наблюдается реверсирование поляризации, даже при увеличении напряжения (см. Фиг.9В). Это свидетельствует о том, что активный слой транзистора демонстрирует полевой эффект для транспорта электронов.With a positive grid voltage, polarization reversal is observed, even with an increase in voltage (see Fig. 9B). This indicates that the active layer of the transistor exhibits a field effect for electron transport.

В заключение, активный слой HFET, которым является гибридный нанокомпозит согласно изобретению, обладает способностью амбиполярного транспорта носителей заряда.In conclusion, the active HFET layer, which is the hybrid nanocomposite according to the invention, has the ability to ambipolar transport of charge carriers.

Claims (20)

1. Гибридный нанокомпозитный материал, включающий в себя электрически проводящие неорганические вытянутые нанокристаллы, с привитым на, по меньшей мере, части его поверхности электрически проводящим органическим соединением, при этом органическое соединение формирует самоорганизующийся слой (SAM), и органическое соединение является соединением формулы (I):
Figure 00000009

где А - закрепляющаяся часть, являющаяся карбоновой кислотой, амином, фосфоновой кислотой, фосфатом, тиоловой или силановой группой;
L - непроводящая часть, являющаяся насыщенной углеводородной группой или отсутствует;
Y - электрически проводящая часть, содержащая сопряженную систему, такую как пентацен, антрацен, фталоцианины, порфирины, фуллерены, олиготиофен, PEDOT, полипирол, хлорофиллы, бактериохлорофиллы и каротиноиды;.
Z - растворяющая часть, являющаяся несопряженной углеводородной группой, такой как прямая или разветвленная, насыщенная или ненасыщенная алкильная группа с 1-20 атомами углерода, в частности n-бутил, n-пентил, n-гексил, n-гептил и n-октил, или отсутствует; и
Х - стабилизирующая часть, способная формировать межмолекулярные связи и может, в частности, быть группой формирующей водородные связи, такой как гидрокси-, амино-, амидо- или карбоновая кислота, или может отсутствовать.
1. A hybrid nanocomposite material comprising electrically conductive inorganic elongated nanocrystals grafted onto at least parts of its surface by an electrically conductive organic compound, wherein the organic compound forms a self-organizing layer (SAM), and the organic compound is a compound of formula (I ):
Figure 00000009

where A is the fixed part, which is a carboxylic acid, amine, phosphonic acid, phosphate, thiol or silane group;
L is the non-conductive part, which is a saturated hydrocarbon group or is absent;
Y is the electrically conductive part containing a conjugated system such as pentacene, anthracene, phthalocyanines, porphyrins, fullerenes, oligothiophene, PEDOT, polypyrol, chlorophylls, bacteriochlorophylls and carotenoids ;.
Z is a solvent part, which is a non-conjugated hydrocarbon group, such as a straight or branched, saturated or unsaturated alkyl group with 1-20 carbon atoms, in particular n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-heptyl and n-octyl, or absent; and
X is a stabilizing part capable of forming intermolecular bonds and may, in particular, be a group forming hydrogen bonds, such as hydroxy, amino, amido or carboxylic acid, or may be absent.
2. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором вытянутыми нанокристаллами являются нанопроволоки, наностержни, нанотрубки, наноструктуры с двумя ответвлениями, наноструктуры с тремя ответвлениями, наноструктуры с четырьми ответвлениями и нанозвезды.2. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, wherein the elongated nanocrystals are nanowires, nanorods, nanotubes, nanostructures with two branches, nanostructures with three branches, nanostructures with four branches and nanostars. 3. Гибридный нанокомпозитный материал по пп.1 или 2, в котором вытянутые нанокристаллы являются металлическими проводниками.3. The hybrid nanocomposite material according to claims 1 or 2, in which the elongated nanocrystals are metal conductors. 4. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором вытянутые нанокристаллы выполнены из золота, серебра, меди или оксида олова, легированного индием.4. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, in which the elongated nanocrystals are made of gold, silver, copper or tin oxide doped with indium. 5. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором вытянутые нанокристаллы являются полупроводниками.5. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, in which the elongated nanocrystals are semiconductors. 6. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором вытянутые нанокристаллы выполнены из титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, марганца, технеция, рения, железа, осмия, кобальта, никеля, меди, серебра, золота, цинка, кадмия, скандия, иттрия, лантана, бора, галлия, индия, сурьмы, таллия, кремния, германия, олова, свинца, магния, кальция, стронция, бария и алюминия и простых или смешанных халькогенидов, в частности их оксидов и сульфидов.6. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, in which the elongated nanocrystals are made of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium, rhenium, iron, osmium, cobalt, nickel, copper, silver, gold, zinc, cadmium, scandium, yttrium, lanthanum, boron, gallium, indium, antimony, thallium, silicon, germanium, tin, lead, magnesium, calcium, strontium, barium and aluminum and simple or mixed chalcogenides, in particular oxides and sulfides. 7. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором вытянутые нанокристаллы выполнены из оксида цинка, сульфида цинка и диоксида титана.7. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, wherein the elongated nanocrystals are made of zinc oxide, zinc sulfide and titanium dioxide. 8. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, включающий в себя металлические нанокристаллы, с привитым органическим соединением с транспортными свойствами носителей заряда р- или n-типа соответственно.8. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, comprising metal nanocrystals, grafted with an organic compound with the transport properties of p- or n-type charge carriers, respectively. 9. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, включающий в себя металлические или полупроводниковые нанокристаллы, с привитым органическим соединением с транспортными свойствами носителей заряда металлического типа, р- или n-типа, формирующими один или более из следующих межнаночастичных переходов: p-n, p-p, n-n, m-m, m-p, m-n, где m, n и р означают органические и неорганические металлические, n-типа или р-типа полупроводниковые свойства.9. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, comprising metal or semiconductor nanocrystals, grafted with an organic compound with the transport properties of metal, p- or n-type charge carriers, forming one or more of the following inter-particle transitions: pn, pp, nn, mm, mp, mn, where m, n and p are organic and inorganic metallic, n-type or p-type semiconductor properties. 10. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, включающий в себя металлические или полупроводниковые нанокристаллы, с привитым органическим соединением с транспортными свойствами носителей заряда металлического типа, р- или n-типа, включающий в себя изолирующую составляющую, формирующую один или более из следующих межнаночастичных переходов: p-i-n, p-i-p, n-i-n, m-i-m, m-i-p, m-i-n.10. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, including metal or semiconductor nanocrystals, grafted with an organic compound with the transport properties of metal type, p- or n-type charge carriers, including an insulating component forming one or more of the following inter-particle transitions: pin, pip, nin, mim, mip, min. 11. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором самоорганизующийся монослой (SAM) является кристаллическим.11. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, in which the self-organizing monolayer (SAM) is crystalline. 12. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором самоорганизующийся монослой (SAM) является аморфным.12. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, in which the self-organizing monolayer (SAM) is amorphous. 13. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором SAM включает в себя два органических соединения с различными спектрами поглощения.13. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, in which SAM includes two organic compounds with different absorption spectra. 14. Гибридный нанокомпозитный материал по п.1, в котором SAM включает в себя два органических соединения с различным преимущественным видом транспорта носителей заряда.14. The hybrid nanocomposite material according to claim 1, in which SAM includes two organic compounds with different preferred modes of transport of charge carriers. 15. Способ изготовления материала по любому из пп.1-14, содержащий этапы, включающие:
(i) обеспечение электрически проводящих неорганических вытянутых нанокристаллов;
(ii) контактирование нанокристаллов с электрически проводящим органическим соединением, при необходимости в соответствующем растворителе, в условиях, пригодных для прививания органического соединения на нанокристаллы;
(iii) изоляцию привитых нанокристаллов, полученных из реакционной смеси; и
(iv) очистку композита, если применимо.
15. A method of manufacturing a material according to any one of claims 1 to 14, containing stages including:
(i) providing electrically conductive inorganic elongated nanocrystals;
(ii) contacting the nanocrystals with an electrically conductive organic compound, optionally in an appropriate solvent, under conditions suitable for grafting the organic compound onto the nanocrystals;
(iii) isolation of grafted nanocrystals obtained from the reaction mixture; and
(iv) cleaning the composite, if applicable.
16. Тонкая пленка, включающая гибридный нанокомпозитный материал, по любому из пп.1-14.16. A thin film comprising a hybrid nanocomposite material according to any one of claims 1 to 14. 17. Солнечная батарея, включающая гибридный нанокомпозитный материал, по любому из пп.1-14.17. A solar battery comprising a hybrid nanocomposite material according to any one of claims 1 to 14. 18. Электронное переключающее устройство, содержащее полупроводниковый слой, включающий гибридный нанокомпозит по пп.1-14.18. An electronic switching device containing a semiconductor layer comprising a hybrid nanocomposite according to claims 1-14. 19. Электронное переключающее устройство по п.18, при этом переключающее устройство представляет собой р-n переход или n-р переход.19. The electronic switching device according to claim 18, wherein the switching device is a pn junction or np junction. 20. Электронное переключающее устройство по п.18 или 19, при этом переключающее устройство представляет собой p-i-n переход. 20. The electronic switching device according to claim 18 or 19, wherein the switching device is a p-i-n junction.
RU2010131448/28A 2007-12-28 2007-12-28 Hybrid nanocomposite materials RU2462793C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010131448/28A RU2462793C2 (en) 2007-12-28 2007-12-28 Hybrid nanocomposite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010131448/28A RU2462793C2 (en) 2007-12-28 2007-12-28 Hybrid nanocomposite materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010131448A RU2010131448A (en) 2012-02-10
RU2462793C2 true RU2462793C2 (en) 2012-09-27

Family

ID=45853032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010131448/28A RU2462793C2 (en) 2007-12-28 2007-12-28 Hybrid nanocomposite materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2462793C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621889C1 (en) * 2016-07-13 2017-06-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Microcontact for photo-recommended hybrid microcircuit
RU2660407C2 (en) * 2013-12-26 2018-07-06 Рикох Компани, Лтд. P-type oxide semiconductor, composition for producing p-type oxide semiconductor, method for producing r-type oxide semiconductor, semiconductor element, display element, image display device and system
RU2670303C2 (en) * 2013-08-30 2018-10-22 Июкф-Хю (Индастри-Юниверсити-Кооперейшн Фаундейшн Ханян Юниверсити) Functional thin film and method of its manufacture
US11286172B2 (en) 2017-02-24 2022-03-29 BWXT Isotope Technology Group, Inc. Metal-molybdate and method for making the same
US11363709B2 (en) 2017-02-24 2022-06-14 BWXT Isotope Technology Group, Inc. Irradiation targets for the production of radioisotopes
RU2795694C2 (en) * 2017-02-24 2023-05-11 БВКсТ ИЗОТОП ТЕКНОЛОДЖИ ГРУП, ИНК. Titanium-molybdate and method of its manufacture

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2261890C2 (en) * 2003-11-21 2005-10-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Electrroluminescent polymeric nanocomposite material
FR2873492B1 (en) * 2004-07-21 2006-11-24 Commissariat Energie Atomique PHOTOACTIVE NANOCOMPOSITE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2261890C2 (en) * 2003-11-21 2005-10-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Electrroluminescent polymeric nanocomposite material
FR2873492B1 (en) * 2004-07-21 2006-11-24 Commissariat Energie Atomique PHOTOACTIVE NANOCOMPOSITE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OLSON ET AL. Hybrid photovoltaic devices of polymer and ZnO nanoflber conposites. THIN SOLID FILMS, ELSEVIER-SEOUOIA S.A.LAUSANNE. CH, v.496, №.1, 1 February 2006 (2006-02-01), p.26-29, fig.3. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2670303C2 (en) * 2013-08-30 2018-10-22 Июкф-Хю (Индастри-Юниверсити-Кооперейшн Фаундейшн Ханян Юниверсити) Functional thin film and method of its manufacture
RU2672962C2 (en) * 2013-08-30 2018-11-21 Июкф-Хю (Индастри-Юниверсити-Кооперейшн Фаундейшн Ханян Юниверсити) Substrate structure and method for manufacture thereof
RU2660407C2 (en) * 2013-12-26 2018-07-06 Рикох Компани, Лтд. P-type oxide semiconductor, composition for producing p-type oxide semiconductor, method for producing r-type oxide semiconductor, semiconductor element, display element, image display device and system
RU2621889C1 (en) * 2016-07-13 2017-06-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Microcontact for photo-recommended hybrid microcircuit
US11286172B2 (en) 2017-02-24 2022-03-29 BWXT Isotope Technology Group, Inc. Metal-molybdate and method for making the same
US11363709B2 (en) 2017-02-24 2022-06-14 BWXT Isotope Technology Group, Inc. Irradiation targets for the production of radioisotopes
RU2795694C2 (en) * 2017-02-24 2023-05-11 БВКсТ ИЗОТОП ТЕКНОЛОДЖИ ГРУП, ИНК. Titanium-molybdate and method of its manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010131448A (en) 2012-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2227836B1 (en) Hybrid nanocomposite
Zhou et al. Bulk-heterojunction hybrid solar cells based on colloidal nanocrystals and conjugated polymers
Milliron et al. Hybrid organic–nanocrystal solar cells
Tan et al. Preparation of SnS 2 colloidal quantum dots and their application in organic/inorganic hybrid solar cells
US8003979B2 (en) High density coupling of quantum dots to carbon nanotube surface for efficient photodetection
Xie Enhanced photovoltaic performance of hybrid solar cell using highly oriented CdS/CdSe-modified TiO2 nanorods
Wang et al. PPV/PVA/ZnO nanocomposite prepared by complex precursor method and its photovoltaic application
Chang et al. Improved charge separation and transport efficiency in poly (3-hexylthiophene)–TiO 2 nanorod bulk heterojunction solar cells
Hwang et al. Flexible vertical p–n diode photodetectors with thin N-type MoSe2 films solution-processed on water surfaces
Salem et al. Inverted polymer solar cell based on MEH-PPV/PC61BM coupled with ZnO nanoparticles as electron transport layer
RU2462793C2 (en) Hybrid nanocomposite materials
Ye et al. Multifunctional quantum dot materials for perovskite solar cells: Charge transport, efficiency and stability
Nguyen et al. Hybrid materials based on polymer nanocomposites for environmental applications
Al-Ghiffari et al. Systematic review of molybdenum disulfide for solar cell applications: Properties, mechanism and application
Nguyen et al. Nanocomposite-based bulk heterojunction hybrid solar cells
Ahmad et al. A review of the synthesis, fabrication, and recent advances in mixed dimensional heterostructures for optoelectronic devices applications
Yang et al. In situ growth of metal sulfide nanocrystals in poly (3-hexylthiophene):[6, 6]-Phenyl C61-butyric acid methyl ester films for inverted hybrid solar cells with enhanced photocurrent
EP2597695A1 (en) Electroactive surfactant improved hybrid bulk heterojunction solar cells
Ahmad Device Applications of Band-Structure-Engineered Nanomaterials Current Status and Future Trend-Review.
JP2009541974A (en) Method for producing inorganic semiconductor particle-containing layer and component comprising the layer
Dasgupta et al. pn-Junction nanorods in a polymer matrix: A paradigm shift from conventional hybrid bulk-heterojunction solar cells
Silva et al. Hybrid and nanocomposite materials for flexible organic electronics applications
BRPI0713496A2 (en) process for the production of photoactive layers as well as components comprising these layers
Brabec et al. Nanostructured p–n junctions for printable photovoltaics
Tong et al. Semiconducting Materials for Printed Flexible Electronics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131229

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20141220

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20170420

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191229