Atomisk tynde byggeklodser kunne gøre optoelektriske enheder mere effektive

Forskere ved Purdue University har udviklet nye heterostrukturer, der kunne lave optoelektriske enheder, såsom solpaneler og sensorer, mere effektivt.

Heterostrukturer er lavet ved at stable lag af todimensionelle materialer. Her, forskerne stablede to meget tynde materialer, wolframdisulfid og grafen, for at se, om de ville arbejde sammen om at skabe elektricitet.

"Hvis du ville tilføje et andet materiale oven på silicium, som ofte bruges i solceller, det ville være meget svært, fordi der ville være et misforhold mellem materialerne, " sagde Libai Huang, en professor i kemi ved Purdue's College of Science, der ledede forskningen. "Men disse atomisk tynde lag giver dig mulighed for at bygge som Legos. Dette åbner op for en masse nye måder at designe funktionalitet på."

grafen, som er en form for kulstof, er god til at flytte elektroner. Kulstofatomer danner bindinger, som elektroner kan bruge til at bevæge sig hurtigt rundt; jo hurtigere bevæger elektronerne sig, jo mere effektiv den elektriske strøm skaber de. Til sammenligning, elektroner kan bevæge sig mere end 1, 000 gange hurtigere i grafen end i silicium.

Ved at bruge interaktionen mellem grafen og wolframdisulfid til at generere en strøm, selvom, var en ny idé.

Tungsten disulfid har et båndgab, et energiområde, hvor ingen elektroner kan eksistere, som dikterer den minimale energi, der kan optages. Tungstendisulfids båndgab er to elektronvolt, hvilket betyder, at kun lys med mere end to elektronvolt kan absorberes. Ved at tilføje et lag grafen, Huangs hold var i stand til at flytte elektronen fra grafen til wolframdisulfid, som kræver mindre energi end båndgabet. Dette betyder, at selv lys med mindre end to elektronvolt kan bruges til at skabe energi.

Applikationerne er ikke kun begrænset til solceller, sagde Huang. Denne mekanisme kunne bruges til at skabe nye egenskaber i materialer, der bruges i transistorer, sensorer og mere.