Горизонтальные гетеропереходы упростят производство солнечных батарей

Последние достижения в техниках выращивания и переноса 2D-полупроводников, таких как дихалькогениды переходных металлов, привели к появлению многопереходных солнечных батарей, состоящих из нескольких моноатомных слоёв различных полупроводников.

Такие слоистые структуры имеют высокую эффективность преобразования солнечной энергии, однако их производство включает в себя много трудоёмких этапов, на которых возможно внесение в межслойные интерфейсы загрязнений и дефектов, снижающих рабочие характеристики и надёжность устройства. Вертикальное размещение слоёв также затрудняет контроль их электронных свойств.

Для получения свободных от этих недостатков солнечных элементов сотрудники Научно-технического университета KAUST (Саудовская Аравия) синтезировали горизонтальные p-n гетеропереходы в одиночном монослое, нанеся бок о бок на подложку из сапфира диселенид вольфрама (WSe2) и дисульфид молибдена (MoS2). Затем полученный 2D-материал перенесли на кремниевую основу для изготовления фотоэлектрической панели.

Исследование под микроскопом показало четкую границу между разными полупроводниками. Горизонтальная структура оказалась более чистой и идеальной, чем при вертикальном наложении, и в отличие от многослойной сборки для неё не требовалось нескольких этапов переноса.

Под симулированным солнечным светом монослойные солнечные элементы показали более высокую эффективность преобразования, чем их многослойные аналоги. Кроме того, горизонтальная структура способна поглощать свет в более широком диапазоне углов падения, что позволяет обойтись без дорогостоящих систем слежения за положением солнца.

Авторы изобретения полагают, что дальнейшее изучение кинетики и термодинамики горизонтальных гетеропереходов и применение их в более сложных схемах позволит конструировать ещё более эффективные солнечные батареи.