Side-by-side afsætning af atomisk flade halvlederplader forbedrer solcellekonverteringseffektiviteten

Supertynde fotovoltaiske enheder understøtter solteknologien, og der søges derfor meget efter gevinster i effektiviteten af ​​deres produktion. KAUST-forskere har kombineret og omarrangeret forskellige halvledere for at skabe såkaldte laterale p-n heterojunctions - en enklere proces, som de håber vil transformere fremstillingen af ​​solceller, selvdrevet nanoelektronik såvel som ultratynd, gennemsigtig, fleksible enheder.

Todimensionelle halvleder monolag, såsom grafen og overgangsmetal dichalcogenider som WSe2 og MoS2, har unikke elektriske og optiske egenskaber, der gør dem til potentielle alternativer til konventionelle siliciumbaserede materialer. Nylige fremskridt inden for materialevækst og overførselsteknikker har gjort det muligt for videnskabsmænd at manipulere disse monolag. Specifikt, lodret stabling har ført til ultratynde fotovoltaiske enheder, men kræver flere komplekse overførselstrin. Disse trin er hæmmet af forskellige problemer, såsom dannelsen af ​​forurenende stoffer og defekter ved monolaggrænsefladen, som begrænser enhedens kvalitet.

"Enheder opnået ved hjælp af disse overførselsteknikker er normalt ustabile og varierer fra prøve til prøve, " siger ledende forsker og tidligere gæstestuderende af lektor, Jr-Hau He, Meng-Lin Tsai, der tilføjer, at overførselsrelaterede kontaminanter påvirker enhedens pålidelighed betydeligt. Elektroniske egenskaber har også vist sig at være svære at kontrollere ved vertikal stabling.

For fuldt ud at udnytte de ekstraordinære egenskaber ved disse todimensionelle materialer, Tsai's hold, under hans mentorskab, skabte monolag med laterale WSe2-MoS2 heterojunctions og inkorporerede dem i solceller. Under simuleret sollys, cellerne opnåede større effektkonverteringseffektivitet end deres lodret stablede ækvivalenter.

At gøre dette, først syntetiserede forskerne heterojunctions ved fortløbende at deponere WSe2 og MoS2 på et safirsubstrat. Næste, de overførte materialerne til en siliciumbaseret overflade til fremstilling af fotovoltaiske apparater.

Højopløsningsmikroskopi afslørede, at den laterale forbindelse viste en klar adskillelse mellem halvlederne ved grænsefladen. Også, forskerne opdagede ingen mærkbar højdeforskel mellem halvlederområder, i overensstemmelse med en atomisk tynd grænseflade.

Disse grænsefladekarakteristika signalerede succes. "Vores strukturer er renere og mere ideelle end vertikalt stablede samlinger, fordi vi ikke havde brug for flertrinsoverførselsproceduren, " forklarer Tsai.

Desuden, de laterale heterojunctions bevarede for det meste deres effektivitet på trods af ændringer i orienteringen af ​​det indfaldende lys. At kunne tage lys, der kommer fra alle retninger, betyder, at dyre solsporingssystemer bliver overflødige.

Ifølge Tsai, implementeringen af ​​laterale heterojunctions i mere komplekse kredsløb og sammenkoblinger kan resultere i højere ydeevne end i konventionelle solceller, og derfor arbejder teamet på de næste trin. "Vi forsøger at forstå den underliggende kinetik og termodynamik af disse heterojunctions for at designe mere effektive celler, " tilføjer han.