Pesquisadores observam efeito fotovoltaico em massa aprimorado em material ferroelétrico 2D
A estrutura esquemática do dispositivo 2D BPVE. Crédito:LI Yue
O efeito fotovoltaico a granel (BPVE) é amplamente utilizado na geração de eletricidade. Como processo de transferência de energia de fótons para elétrons e de formação de tensão dentro do material ferroelétrico, o BPVE atua como uma barragem, levantando "água" (tensão) para gerar "energia" (correntes elétricas). Pesquisadores perceberam alta fotovoltagem além do limite teórico de Shockley-Queisser (SQ) em estudos anteriores, no entanto, a densidade da fotocorrente gerada por métodos convencionais permanece relativamente baixa.
Em um estudo publicado na
Nature Communications , uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Zeng Hualing e Prof. Gong Ming da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências percebeu notável densidade de fotocorrente em um material bidimensional (2D) CuInP
2 S
6 (CIPS) com estrutura em camadas de van der Waals (vdW). Eles alcançaram um controle mensurável sobre a magnitude do BPVE sob a condição de campo elétrico aplicado, campo de luz incidente e campo de temperatura.
Com base na característica da espessura atômica do material ferroelétrico em camadas e na fraca força vdW entre as camadas, os pesquisadores construíram uma estrutura vertical combinando grafeno com algumas camadas de CIPS. Desta forma, eles alcançaram uma alta densidade de fotocorrente sem polarização aplicada, realizando o controle mensurável sobre a magnitude do BPVE. Além disso, através da regulação e controle de fotocorrentes, pesquisadores verificaram que a polarização ferroelétrica bidimensional é o principal mecanismo físico de BPVE aprimorado.
Além disso, ao alterar a espessura das camadas ferroelétricas bidimensionais, os pesquisadores demonstraram claramente a transição dimensional do BPVE. E eles descobriram que o desempenho dos fotovoltaicos 2D caiu entre os fotovoltaicos em massa 1D e 3D, indicando que a dimensionalidade do dispositivo era um dos principais fatores no desenvolvimento de fotovoltaicos baseados em BPVE de alta eficiência.
As descobertas destacam o potencial dos ferroelétricos 2D ultrafinos para o desenvolvimento de células solares de terceira geração com alta eficiência além do limite SQ fundamental.
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