Voor de eerste keer, onderzoekers hebben een manier ontdekt om polariteit en fotovoltaïsch gedrag te verkrijgen van bepaalde niet-fotovoltaïsche, atomair vlakke (2D) materialen. De sleutel ligt in de bijzondere manier waarop de materialen zijn gerangschikt. Het resulterende effect is anders dan en mogelijk superieur aan, het fotovoltaïsche effect dat vaak wordt aangetroffen in zonnecellen.

Zonne-energie wordt beschouwd als een sleuteltechnologie in de verschuiving van fossiele brandstoffen. Onderzoekers innoveren voortdurend efficiëntere manieren om zonne-energie op te wekken. En veel van deze innovaties komen uit de wereld van materiaalonderzoek. Onderzoeksmedewerker Toshiya Ideue van de afdeling Toegepaste Natuurkunde van de Universiteit van Tokyo en zijn team zijn geïnteresseerd in de fotovoltaïsche eigenschappen van 2D-materialen en hun interfaces waar deze materialen samenkomen.

"Best vaak, interfaces van meerdere 2D-materialen vertonen andere eigenschappen dan de individuele kristallen alleen, "zei Ideue. "We hebben ontdekt dat twee specifieke materialen die normaal geen fotovoltaïsch effect vertonen, dat wel doen wanneer ze op een heel bijzondere manier worden gestapeld."

De twee materialen zijn wolfraamselenide (WSe ₂ ) en zwarte fosfor (BP), die beide verschillende kristalstructuren hebben. Oorspronkelijk, beide materialen zijn niet-polair (hebben geen voorkeursrichting voor geleiding) en genereren geen fotostroom onder licht. Echter, Ideue en zijn team ontdekten dat door vellen WSe . te stapelen ₂ en BP op de juiste manier samen, het monster vertoonde polarisatie, en toen er een licht op het materiaal werd geworpen, het genereerde een stroom. Het effect vindt zelfs plaats als het verlichtingsgebied ver verwijderd is van de elektroden aan beide uiteinden van het monster; dit is anders dan hoe het gewone fotovoltaïsche effect werkt.

De sleutel tot dit gedrag is de manier waarop de Wse ₂ en BP zijn uitgelijnd. De kristallijne structuur van BP heeft reflecterende, of spiegel, symmetrie in één vlak, terwijl WSe ₂ heeft drie lijnen van spiegelsymmetrie. Wanneer de symmetrielijnen van de materialen op één lijn liggen, het monster krijgt polariteit. Dit soort lagen stapelen is delicaat werk, maar het onthult ook nieuwe eigenschappen en functies voor onderzoekers die niet konden worden voorspeld door alleen naar de gewone vorm van de materialen te kijken.

"De grootste uitdaging voor ons zal zijn om een ​​goede combinatie van 2D-materialen te vinden met een hogere efficiëntie voor de opwekking van elektriciteit en ook om het effect te bestuderen van het veranderen van de hoeken van de stapels, " zei Ideue. "Maar het is zo de moeite waard om nooit eerder vertoonde opkomende eigenschappen van materialen te ontdekken. Hopelijk, op een dag zou dit onderzoek zonnepanelen kunnen verbeteren. We willen graag meer ongekende eigenschappen en functionaliteiten in nanomaterialen onderzoeken."

De studie is gepubliceerd in Wetenschap .