p Físicos do Centro de Física Nanoestruturada Integrada (CINAP), dentro do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul), descobriram um fenômeno intrigante, conhecido como multiplicação de portadora (CM), em uma classe de semicondutores com espessura incrível, propriedades excelentes, e possíveis aplicações em eletrônica e óptica. Publicado em Nature Communications, essas novas descobertas têm o potencial de impulsionar os campos fotovoltaicos e fotodetectores, e poderia melhorar a eficiência das células solares produzidas com esses materiais ultrafinos em até 46%. p Uma classe interessante de materiais 2-D, os dichalcogenetos de metal de transição em camadas de van der Waals (TMDs 2-D), espera-se que criem a próxima geração de dispositivos optoeletrônicos, como células solares, transistores, diodos emissores de luz (LED), etc. Eles consistem em camadas finas individuais separadas por ligações químicas muito fracas (ligações de van der Waals), e têm propriedades ópticas únicas, alta absorção de luz, e alta mobilidade de portadores (elétrons e lacunas). Além de permitir a opção de ajustar o gap de banda alterando a composição e a espessura da camada, esses materiais também oferecem uma eficiência radiativa interna ultra-alta de> 99%, promovido pela eliminação de imperfeições superficiais e grande energia de ligação entre os portadores.

p A absorção de luz solar em monocamadas TMD 2-D semicondutoras atinge 5-10% normalmente, que é uma ordem de magnitude maior do que na maioria dos materiais fotovoltaicos comuns, como silício, telureto de cádmio, e arsenieto de gálio. Apesar dessas características ideais, Contudo, a eficiência máxima de conversão de energia das células solares 2-D-TMDs permaneceu abaixo de 5% devido às perdas nos eletrodos de metal. A equipe IBS, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Amsterdã, teve como objetivo superar essa desvantagem explorando o processo de CM nesses materiais.

p CM é uma forma muito eficiente de converter luz em eletricidade. Um único fóton geralmente excita um único elétron, deixando para trás um 'espaço vazio' (buraco). Contudo, é possível gerar dois ou mais pares de elétron-buraco em semicondutores particulares se a energia da luz incidente for suficientemente grande, mais especificamente, se a energia do fóton for duas vezes a energia do bandgap do material. Embora o fenômeno CM seja bastante ineficiente em semicondutores em massa, esperava-se que fosse muito eficiente em materiais 2-D, mas não foi provado experimentalmente devido a algumas limitações técnicas, como síntese de TMD 2-D adequada e medição óptica ultrarrápida. Neste estudo, a equipe observou CM em TMDs 2-D, a saber 2H-MoTe ₂ e 2H-WSe ₂ filmes, pela primeira vez; uma descoberta que deve melhorar a eficiência atual das células solares 2-D TMD, mesmo indo além do limite de Shockley-Queisser de 33,7%.

p “Nossos novos resultados contribuem para a compreensão fundamental do fenômeno CM em 2-D-TMD. Se superarmos as perdas de contato e conseguirmos desenvolver fotovoltaicos com CM, sua eficiência máxima de conversão de energia pode ser aumentada em até 46%, "diz o jovem Hee Lee, Diretor do CINAP. “Esta nova engenharia de nanomateriais oferece a possibilidade de uma nova geração de eficientes, durável, e células solares flexíveis. "