Внедрение функциональных наноматериалов в передовые устройства фотовольтаики является общемировым трендом, давно вышедшим за пределы научных лабораторий. Во многом, данный тренд отражает стремление к созданию гибких и дешевых в изготовлении тонкопленочных устройств с расширенным функционалом, который невозможно реализовать с использованием стандартных объемных полупроводников. Среди ярчайших примеров таких практически значимых оптоэлектронных устройств, для улучшения характеристик которых уже активно используются наноматериалы, можно выделить тонкопленочные фотодетекторы, а также солнечные элементы на основе свинцово-галогенидных перовскитов, эффективность преобразования которых (>25 %) всего за десять лет вплотную подобралась к показателям гомопереходных солнечных элементов на основе монокристаллических полупроводников и позволила установить рекорд эффективности однокаскадных солнечных элементов в тандеме с кремнием (~30%). Внедрение наночастиц в указанные устройства позволяет добиться эффективного широкополосного поглощения солнечной энергии даже для тонкопленочных конфигураций за счёт эффектов конверсии фотонов с повышением или понижением частоты, плазмонных резонансов и генерации горячих носителей заряда. Для изготовления перовскитных солнечных элементов, как правило, используются простые методы растворной химии, допускающие интеграцию наночастиц в активные и транспортные слои устройства, а также функционализацию наноматериалами его интерфейсов без нарушения технологии производства. В частности, внедрение наночастиц позволяет оптимизировать транспортные характеристики, а также добиться широкополосного поглощения солнечной энергии даже в устройствах с небольшой толщиной активного слоя, обеспечивающего оптимальные оптоэлектронные характеристики. Вместе с тем, ряд вопросов, связанных с фундаментальным пониманием влияния фазового состава, а также размера и морфологии внедряемых наночастиц на характеристики полученных солнечных элементов, до сих пор остаются неизученными. Кроме того, возможными перспективными, но еще не исследованными, подходами к дальнейшему увеличению эффективности солнечных элементов является внедрение гибридных наноматериалов различной конформации (ядро-оболочка, ядро-сателлиты и т.д.), сочетающих свойства и функциональность полупроводниковых и плазмонных наноструктур. Наконец, эффективные методы получения полупроводниковых и гибридных наноструктур для решения задач разработки солнечных элементов нового поколения в настоящее время практически не решены или решены только для отдельных типов наноматериалов. Аналогично солнечным элементам, наноматериалы будут играть важную роль в повышении производительности и расширении функционала традиционных фотодетекторов. В частности использование наноматериалов позволяет улучшить и оптимизировать основные параметры фотодетекторов, такие как чувствительность, спектральная селективность, скорость отклика и стабильность, обеспечивая возможность реализации новых носимых устройств гибкой электроники. Однако для полноценного использования свойств наночастиц и их успешного применения в высокопроизводительных устройствах необходимо решить ряд аналогичных упомянутых выше задач, в частности, разработать методы контролируемого синтеза и осаждения гибридных наноструктур заданной морфологии и состава.
С точки зрения получения химически чистых наноматериалов высокого качества, пригодных для производства тонкопленочных фотодетекторов и солнечных элементов нового поколения, перспективными выглядят разнообразные высокопроизводительные и масштабируемые лазерные технологии. Среди таких технологий, следует выделить жидкофазные лазерно-плазменные подходы, а также методы лазерно-индуцированного синтеза. В частности, развитие быстрых систем развертки и сканирования лазерным пучком мишени, а также сверхбыстрые (до десятков МГц) частоты следования импульсов обеспечивают высокие скорости генерации наноматериалов в процессе абляции мишеней и суспензий наноматериалов, в то время как гибкая оптимизации параметров лазерного воздействия, типа жидкости и используемого прекурсора позволяет варьировать морфологию и химический состав получаемых наноматериалов в широких пределах. Локализованное в фокальном пятне лазерное излучение может также рассматриваться как локальный химический реактор, ограничивающий объем и характер протекания реакции фото-/термо-индуцированного разложения молекул прекурсора, приводящей к формированию в области облучения суспензии наночастиц, их осаждении на произвольном интерфейсе или даже поверхности других наночастиц (в случае проведения синтеза в суспензиях). Это открывает широкие перспективы использования методов лазерно-индуцированного синтеза как для производства функциональных наноматериалов (в том числе, гибридных - за счет возможности комбинации этого метода с абляционными), так и для получения функционализированных наночастицами интерфейсов и сплошных металлических осадков, как основы токопроводящих структур.
Вместе с тем, отсутствие детального понимания ключевых физико-химических процессов и механизмов, и как следствия, способности прецизионно управлять этими процессами за счет продуманного выбора физико-химических параметров экспериментальной системы, является основным сдерживающим фактором, ограничивающим возможность использования указанных подходов (абляции в жидкости и лазерно-индуцированного синтеза) для получения функциональных наноматериалов требуемого состава и конфигурации, а также их последующего использования для создания реальных устройств. Таким образом, всестороннее развитие высокопроизводительных лазерно-плазменных технологий синтеза функциональных металл-полупроводниковых наноматериалов, функционализированных наночастицами интерфейсов и проводящих структур, а также демонстрация базовых принципов, позволяющих применить указанные технологии для создания передовых устройств оптоэлектроники и солнечной энергетики, является задачей мирового уровня с высокой степенью научной и прикладной значимости.
