Superdunne fotovoltaïsche apparaten vormen de basis van zonnetechnologie en daarom wordt fel gestreefd naar winst in de efficiëntie van hun productie. KAUST-onderzoekers hebben verschillende halfgeleiders gecombineerd en herschikt om zogenaamde laterale pn-heterojuncties te creëren - een eenvoudiger proces waarvan ze hopen dat het de fabricage van zonnecellen zal transformeren, zelfaangedreven nano-elektronica en ultradunne, transparant, flexibele apparaten.

Tweedimensionale halfgeleider monolagen, zoals grafeen en overgangsmetaal dichalcogeniden zoals WSe2 en MoS2, hebben unieke elektrische en optische eigenschappen waardoor ze potentiële alternatieven zijn voor conventionele op silicium gebaseerde materialen. Recente ontwikkelingen in materiaalgroei en overdrachtstechnieken hebben wetenschappers in staat gesteld om deze monolagen te manipuleren. specifiek, verticale stapeling heeft geleid tot ultradunne fotovoltaïsche apparaten, maar vereist meerdere complexe overdrachtsstappen. Deze stappen worden belemmerd door verschillende problemen, zoals de vorming van verontreinigingen en defecten aan het monolaag-interface, die de kwaliteit van het apparaat beperken.

"Apparaten die met deze overdrachtstechnieken zijn verkregen, zijn meestal onstabiel en variëren van monster tot monster, " zegt hoofdonderzoeker en voormalig gaststudent van universitair hoofddocent, Jr-Hau Hij, Meng Lin Tsai, die eraan toevoegt dat overdrachtgerelateerde verontreinigingen de betrouwbaarheid van het apparaat aanzienlijk beïnvloeden. Elektronische eigenschappen zijn ook moeilijk te controleren door verticaal stapelen.

Om de uitzonderlijke eigenschappen van deze tweedimensionale materialen volledig te benutten, Het Tsai-team, onder de begeleiding van Hij, creëerde monolagen met laterale WSe2-MoS2-heterojuncties en verwerkte deze in zonnecellen. Onder gesimuleerd zonlicht, de cellen bereikten een grotere energieconversie-efficiëntie dan hun verticaal gestapelde equivalenten.

Om dit te doen, eerst synthetiseerden de onderzoekers de heterojuncties door achtereenvolgens WSe2 en MoS2 op een saffiersubstraat te deponeren. Volgende, ze brachten de materialen over op een op silicium gebaseerd oppervlak voor de fabricage van fotovoltaïsche apparaten.

Hoge resolutie microscopie onthulde dat de laterale junctie een duidelijke scheiding vertoonde tussen de halfgeleiders op het grensvlak. Ook, de onderzoekers ontdekten geen waarneembaar hoogteverschil tussen halfgeleidergebieden, consistent met een atomair dunne interface.

Deze grensvlakkenmerken duidden op succes. "Onze constructies zijn schoner en ideaal dan verticaal gestapelde assemblages, omdat we de overdrachtsprocedure in meerdere stappen niet nodig hadden, " legt Tsai uit.

Verder, de laterale heterojuncties behielden meestal hun efficiëntie ondanks veranderingen in de oriëntatie van het invallende licht. Door licht vanuit elke richting te kunnen opvangen, zullen dure zonnevolgsystemen overbodig worden.

Volgens Tsai, de implementatie van laterale heterojuncties in complexere circuits en interconnects kan leiden tot hogere prestaties dan in conventionele zonnecellen en daarom werkt het team aan de volgende stappen. "We proberen de onderliggende kinetiek en thermodynamica van deze heterojuncties te begrijpen om efficiëntere cellen te ontwerpen, " hij voegt toe.