34. Күн элементтерін зерттеуші сканерлеуші электрондық микроскоп әдісін түсіндіріңіз.

Фотоэлектрлік құрылғылардың морфологиялары мен структураларын зерттеу үшін қолданылатын қарапайым оптикалық микроскопиялық әдістермен қатар (шағылысқан және өтіп жатқан сәуле арқылы бақылау әдісі) – интерференциялық және фазалық контраст әдістері қолданылуы мүмкін[42, 43]. Күн элементінің беттік қабатын жарықтық дақ арқылы сканерлеу әдісін элементтің жұмыстық режимінде қолдануға болады. Алайда, барлық оптикалық әдістер рұқсат берудің (разрешающая способность) жоғары шегіне ие емес, яғни, микрометрдің бірнеше ондаған үлесімен ғана шектелген. Микроскоптың рұқсат беру мүмкіндігі (жұқа бөлшектерді анықтау мүмкіндігі) көрінетін жарық фотондарының толқын ұзындығымен шектелген.

Жоғары деңгейдегі рұқсат беруді қамтамасыз ететін көптеген электронды – сәулелік әдістер кездеседі. Көбірек ақпарат беру қабілетіне растровой (сканерлеуші деген мағынаны береді) электронды микроскоп әдісі ие. Оның артықшылықтары магниттік линза жүйелері мен үлгінің беттік қабатының арасындағы ұзақ арақашықтықты қамтамасыз етуі болып табылады, оның бұл артықшылығы оператор жұмысына ыңғайлы және кез – келген еркін беттік қабатты (поверхность) зерттеуге мүмкіндік береді. Растровые электронды микроскоптар бірнеше режимдерде жұмыс істей алады. Көп жағдайда екінші ретті электрондардың көмегімен жасалатын кескін зерттеледі; бұл жағдайда 10 нм – ден аз рұқсат беру шегі қамтамасыз етіледі, 10 нм – тәжірибе жүзінде өріске енудің шектелмеген тереңдігі және күн элементінің негізгі құраушыларының кескінінің жоғарғы контрасты. Қосымша қатыстық құрылғыларды (относительные устройства) қолдану кезінде шағылған электрондарды және катодолюминесценцияны тіркеуге болады, бұлар құрамның өзгерісін зерттеуге мүмкіндік береді және жоғары контрастқа ие әртүрлі фазадағы кескіндерді қамтамасыз ете алады. Электрондық сәуле әсерінен қозған токтың таралу картинасы, сонымен қатар, вольттық контрасты әдісімен алынған кескін құрылғыдағы электрондық процесстер жайлы айқын көріністерді береді. Растровой электронды микроскоптың әртүрлі жұмыс режимдерінде алынған мүмкін ақпараттардың түрлері 1.1 кестеде көрсетілген.

1.1 кесте. Растрлық электронды микроскоптың әртүрлі жұмыс режимдерінде алынған ақпараттар сипаты.

Режим	Тіркелген Сигнал түрі	Алынған ақпарат	Кеңістіктік рұқсат беру қабілеті, нм
Шағылысу	Шағылған электрондар	Құрам, кристаллдық структура	102
Эмиссия	Екінші ретті электрондар	Топография, кернеу, магниттік және электр өрістері	102 103
Люминесценция	Фотондар	Құрам	102
Өткізгіштік	Үлгідегі токтар	Жұмыс режиміндегі өткізгіштік	102
Жұтылу	Жұтатын үлгідегі токтар	Топография	103
Рентгендік сәулелену	Рентгендік сәулелену	Құрам	103
Жарықтандыру	Өткен электрондар	Кристаллдық структура	1...10

Қазіргі таңда растровой электронды микроскопияның мүмкіндіктері тәжірибе жүзінде ғылым мен өндірістің барлық облысында қолданылады, биологиядан бастап материалдар туралы ғылымдарға дейін.

Сканерлеуші микроскоптың принципиалды схемасы.

35. Күн батареялары үшін наноматериалдарға сипаттама беріңіз.Қарапайым күн элементі кремний қабатына ие. Осы қабатқа күн жарығы түскен кезде кремнийдегі электрондар жарық бөлшектерінің (фотондардың) энергиясын жұтады. Осы энергияны қолдана отырып электрондар «тыйым салынған зонадан» өте алады, нәтижесінде, олар еркін орын алмастыра алады және электрлік токты туғызуға қатыса алады. Ал шындығында, фотон энергиясы электронның «тыйым салынған зонадан» өте алатын (атымнан шығуына) энергиясына тең болуы қажет. Алайда, күн жарығы энергиясы жоғары көптеген фотондарға ие, ал оның артық энергиясы күн ұяшықтарын жылытуға жұмсалып кетеді.

Бірнеше жыл бұрын ғалымдар фотонның артық энергиясын қажетті жерге қолдануды ойлап тапты. Егер шалаөткізгіш материалдан кішкене сфера жасасақ, онда оның көмегімен «тыйым салынған зонадан» тағы да бірнеше электрондар өте алады. Кванттық нүктелер деп аталатын бұл наносфералар адам шашының оннан бір бөлігіне тең диаметрге ие.

Мұндай наноструктура электронның «нүкте» ортасына қозғалып, және кейіннен еркін болатын электрондармен соқтығысатынына кепілдік береді.

Оған қоса, осы уақытқа дейін бір проблема бар. Электрондар өздерінің кванттық нүктелерінің қармағында қалып қойып, күн элементіндегі токқа әсерін тигізе алмай қалып жатады. Бұл жағдай, кванттық нүктелердің бетін тұрақтандырушы үлкен молекулалар электрондардың бір наносферадан басқасына секіруіне кедергі жасайтынтығынан туатын. Сондықтан ток өтпей қалады.

Ал жаңа конструкцияда зерттеушілер үлкен молекулаларды кішкентайлармен ауыстырды және кванттық нүктелер арасындағы бос кеңісьікті алюминий оксидімен толтырды.

Нәтижесінде, лазерлік спектроскопиямен қарағанда, кванттық нүктелерден тұратын материалда бірнеше электрондарды туғызу үшін бір ғана фотонның жеткілікті болатынын көрді. Барлық электрондар «тыйым салынған зонадан» өтіп, материалда еркін қозғалған. Нәтижесінде, осындай наноматериалдардан тұратын күн батареяларының энергиясы 45% - ға жоғарылаған. Сонымен, мұндай жаңа күн элементтері эффективті ғана емес, арзанырақ болып келеді.