Написано AZoNano 3 декабря 1979 года [19459] 199 199 199 199 ]

Физики из Центра интегрированной физики наноструктур (CINAP), Института фундаментальных наук (IBS, Южная Корея), раскрыли захватывающее явление, называемое умножением носителей (CM), в группе полупроводников с удивительной тонкостью , превосходные свойства и потенциальные применения в оптике и электронике.

Новые результаты были опубликованы в Nature Communications и могут способствовать развитию фотоэлектрических и фотоприемных полей. Результаты также могут повысить эффективность солнечных элементов, разработанных с использованием этих ультратонких материалов, почти до 46%.

Слоистые дихалькогениды переходного металла Ван-дер-Ваальса (2D-TMD) представляют собой захватывающую группу 2D-материалов, для которых, как ожидается, будут созданы оптоэлектронные устройства следующего поколения, такие как транзисторы, солнечные элементы, светодиоды (LED) и т. Д. Они сформированы из отдельных тонких слоев, изолированных очень слабыми химическими связями (ван-дер-ваальсовыми связями), и обладают высокими свойствами поглощения света, уникальными оптическими свойствами и высокой подвижностью носителей (электронов и дырок).

Помимо возможности изменения ширины запрещенной зоны за счет изменения состава и толщины слоя, эти материалы также обеспечивают сверхвысокую внутреннюю радиационную эффективность более 99%, что поддерживается удалением поверхностных дефектов и большой энергии связи между носителями.

В общем, поглощение солнечного света в полупроводниковых монослоях 2D-TMD достигает 5-10%, что на порядок больше, чем у большинства стандартных фотоэлектрических материалов, таких как теллурид кадмия, кремний и арсенид галлия.

Однако, несмотря на эти оптимальные характеристики, самая высокая эффективность преобразования энергии солнечных элементов 2D-TMD составляла менее 5% из-за потерь на металлических электродах. Исследователи IBS сотрудничали с учеными Амстердамского университета, чтобы решить эту проблему, исследуя процесс КМ в этих материалах.

CM – очень эффективный способ превращения света в электричество. Один фотон обычно стимулирует один электрон, оставляя после себя «пустое пространство» (дыру). Но возможно создать две или более пары электрон-дырка в конкретных полупроводниках, если энергия падающего света достаточно велика, точнее, если энергия фотона в два раза больше энергии запрещенной зоны материала.

Хотя явление CM довольно неэффективно в объемных полупроводниках, было предсказано, что оно очень эффективно в 2D материалах, но не было продемонстрировано экспериментально из-за нескольких технических ограничений, таких как сверхбыстрое оптическое измерение и надлежащий синтез 2D-TMD.

В этом исследовании команда впервые обнаружила КМ в 2D-TMD, таких как 2H-WSe ₂ и 2H-MoTe ₂ . Ожидается, что это открытие повысит существующую эффективность солнечных элементов 2D-TMD, даже превысив предел Шокли-Кейссера в 33,7%.

Наши новые результаты вносят вклад в фундаментальное понимание феномена CM в 2D-TMD. Если кто-то преодолеет контактные потери и преуспеет в разработке фотоэлектрических систем с КМ, их максимальная эффективность преобразования мощности может быть увеличена до 46%. Эта новая технология наноматериалов дает возможность для нового поколения эффективных, долговечных и гибких солнечных элементов .

Янг Хи Ли, директор CINAP

Источник: https://www.ibs.re.kr