Новый материал для солнечных батарей состоит из двух 2D-кристаллов

Чрезвычайно тонкие, полупрозрачные и гибкие солнечные батареи могут вскоре стать реальностью. В Венском технологическом университете Томас Мюллер (Thomas Mueller), Марко Фурчи (Marco Furchi) и Андреас Поспишил (Andreas Pospischil) создали фотоактивную структуру, состоящую из двух слоев полупроводниковых материалов, каждый толщиной всего в три атома.

Несколько месяцев назад эта команда сумела получить сверхтонкий слой диселенида вольфрама, и теперь успешно совместила его в вакуумной камере при комнатной температуре с другим слоем, из дисульфида молибдена. Итоговый материал может быть использован в будущих конструкциях недорогих солнечных батарей.

Диселенид вольфрама состоит из трех атомных слоев: плоскость атомов вольфрама заключена между двумя решетками селена. Ученые показали, что этот 2D-полупроводник способен преобразовывать солнечный свет в электроэнергию. Но солнечная батарея, изготовленная только из него, потребовала бы бесчисленное количество мельчайших электродов, расположенных с интервалом всего несколько микрометров. Добавление дисульфида молибдена, также образованного тремя атомными слоями, позволяет элегантно обойти это затруднение.

Свет, падая на фотоактивный материал выбивает электроны, оставляя на их прежнем месте положительно заряженные дырки. Оба этих носителя заряда могут свободно перемещаться, но для производства электротока им нельзя позволять рекомбинировать. Для этого можно использовать отводящие заряды металлические электроды, либо другой материал.

Дырки локализуются в слое диселенида вольфрама, а электроны перемещаются в дисульфид молибдена: таким образом рекомбинация подавляется. Этот процесс возможен лишь при точной настройке энергий электронов в обоих слоях. В эксперименте она осуществлялась приложением внешних электростатических полей, оптимальная интенсивность которых определялась численным моделированием.

Новый материал очень легок (300 квадратных метров его весят всего один грамм) и прозрачным, благодаря чему может быть использован как энергоулавливающее покрытие на оконных стеклах. Инженеры работают над увеличением количества слоев — это уменьшит прозрачность, но увеличит выход энергии.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365