Солнечные батареи толщиной в несколько атомов

Международная команда исследователей из Бостонского Университета (University of Boston), Оксфордского Университета (University of Oxford) и Национального Университета Сингапура (National University of Singapore) спроектировала устройство толщиной в несколько ангстрем с необычно высоким (30%) показателем квантовой эффективности – единицей измерения степени конвертации фотонов в несущие заряд электроны.

Для создания устройства ученые разработали слоистый композиционный материал, состоящий из дихалькогенида полупроводникового переходного металла (semiconducting transition metal dichalcogenide (TMDC) - прим. FacePla.net) и слоев графена. «Работа расширяет число новых «гетероструктур» основанных на двумерных атомных кристаллах и может стать основой для новых типов пластичных солнечных батарей или фототранзисторов», говорит Simon Hadlington из Chemistry World.

TMDC – слоистые материалы, состоящие из треугольной решетки атомов переходных металлов, помещенных между двух треугольных решеток халькоген атомов – серы, селена или теллура. Известно, что такие структуры обладают мощным фотонно-электронным взаимодействием из-за присутствия в слоях сингулярностей Ван Хова – квантомеханических особенностей, которые делают электроны особо восприимчивыми к таким внешним воздействиям как стимуляция светом.

«Слой за слоем мы построили слоистую атомарную структуру», говорит член команды Antonio Castro Neto из Бостонского Университета. Нитрид бора образует наружный слой в качестве изолятора и защитной пленки; следующий слой состоит из графена – жесткого прозрачного и гибкого проводника; и металла TMDC. Когда свет падает на TMDC, происходит смещение электронов, которые собираются в графеновых электродах. Также ученые выяснили, что покрытие поверхности графена наночастицами золота увеличивает поглощение света.

«Все устройство не толще 20Å (ангстрем)», говорит Castro Neto. «Нам было интересно, сможет ли что-то настолько тонкое эффективно производить электрический ток и мы показали, что даже нечто, толщиной в несколько атомов, может превратить 30% энергии фотонов в электричество».

Castro Neto говорит, что следующим шагом станет исследование других двумерных полупроводниковых кристаллов для увеличения эффективности системы. Также ученые планируют изучить возможность использования других комбинаций материалов для создания новых гетероструктур.