Dispositivos fotovoltaicos superfinos são a base da tecnologia solar e, portanto, os ganhos na eficiência de sua produção são muito procurados. Os pesquisadores da KAUST combinaram e reorganizaram diferentes semicondutores para criar as chamadas heterojunções p-n laterais - um processo mais simples que eles esperam transformar a fabricação de células solares, nanoeletrônica autoalimentada, bem como ultrafina, transparente, dispositivos flexíveis.

Monocamadas de semicondutor bidimensionais, como grafeno e dichalcogenetos de metais de transição como WSe2 e MoS2, têm propriedades elétricas e ópticas únicas que os tornam alternativas potenciais aos materiais convencionais à base de silício. Avanços recentes nas técnicas de crescimento e transferência de material permitiram aos cientistas manipular essas monocamadas. Especificamente, o empilhamento vertical levou a dispositivos fotovoltaicos ultrafinos, mas requer várias etapas de transferência complexas. Essas etapas são dificultadas por vários problemas, como a formação de contaminantes e defeitos na interface da monocamada, que limitam a qualidade do dispositivo.

"Dispositivos obtidos usando essas técnicas de transferência são geralmente instáveis ​​e variam de amostra para amostra, "diz o pesquisador principal e ex-aluno visitante do Professor Associado, Jr-Hau He, Meng-Lin Tsai, que acrescenta que os contaminantes relacionados à transferência afetam significativamente a confiabilidade do dispositivo. As propriedades eletrônicas também se mostraram difíceis de controlar por empilhamento vertical.

Para aproveitar totalmente as propriedades excepcionais desses materiais bidimensionais, A equipe de Tsai, sob a orientação de Ele, criou monocamadas com heterojunções WSe2-MoS2 laterais e as incorporou às células solares. Sob luz solar simulada, as células alcançaram maior eficiência de conversão de energia do que seus equivalentes empilhados verticalmente.

Para fazer isso, primeiro, os pesquisadores sintetizaram as heterojunções depositando consecutivamente WSe2 e MoS2 em um substrato de safira. Próximo, eles transferiram os materiais para uma superfície à base de silício para a fabricação de dispositivos fotovoltaicos.

A microscopia de alta resolução revelou que a junção lateral exibia uma separação clara entre os semicondutores na interface. Também, os pesquisadores não detectaram nenhuma diferença de altura perceptível entre as regiões de semicondutores, consistente com uma interface atomicamente fina.

Essas características interfaciais sinalizaram sucesso. "Nossas estruturas são mais limpas e mais ideais do que conjuntos empilhados verticalmente porque não precisamos do procedimento de transferência de várias etapas, "explica Tsai.

Além disso, as heterojunções laterais principalmente mantiveram sua eficiência, apesar das mudanças na orientação da luz incidente. Ser capaz de captar a luz vinda de qualquer direção significa que os caros sistemas de rastreamento solar se tornarão redundantes.

De acordo com Tsai, a implementação de heterojunções laterais em circuitos e interconexões mais complexos pode resultar em melhor desempenho do que em células solares convencionais e por isso a equipe está trabalhando nas próximas etapas. "Estamos tentando entender a cinética e a termodinâmica subjacentes a essas heterojunções para projetar células mais eficientes, " ele adiciona.