Volframselenid (WSe2) och svart fosfor (BP) uppvisar inte polariserat elektroniskt beteende förrän de kombineras så att deras strukturer överlappar varandra. Kredit:©2021 Ideue et al.
För första gången, forskare har upptäckt ett sätt att få polaritet och fotovoltaiskt beteende från vissa icke-fotovoltaiska, atomiskt plana (2D) material. Nyckeln ligger i det speciella sätt som materialen är ordnade på. Den resulterande effekten skiljer sig från, och potentiellt överlägsen, den solcellseffekt som vanligtvis finns i solceller.
Solenergi anses vara en nyckelteknologi i övergången från fossila bränslen. Forskare utvecklar ständigt mer effektiva sätt att generera solenergi. Och många av dessa innovationer kommer från materialforskningens värld. Forskarassistent Toshiya Ideue från University of Tokyos institution för tillämpad fysik och hans team är intresserade av de fotovoltaiska egenskaperna hos 2D-material och deras gränssnitt där dessa material möts.
"Ganska ofta, gränssnitt av flera 2D-material uppvisar olika egenskaper för de enskilda kristallerna ensamma, ", sade Ideue. "Vi har upptäckt att två specifika material som vanligtvis inte uppvisar någon solcellseffekt gör det när de staplas på ett mycket speciellt sätt."
De två materialen är volframselenid (WSe 2 ) och svart fosfor (BP), som båda har olika kristallstrukturer. Ursprungligen, båda materialen är opolära (har inte en föredragen ledningsriktning) och genererar inte en fotoström under ljus. Dock, Ideue och hans team fann det genom att stapla ark med WSe 2 och BP tillsammans på rätt sätt, provet uppvisade polarisation, och när ett ljus kastades på materialet, det genererade en ström. Effekten äger rum även om belysningsområdet är långt från elektroderna i vardera änden av provet; detta skiljer sig från hur den vanliga solcellseffekten fungerar.
Under laserbelysning, det skiktade materialet genererar en ström. Kredit:©2021 Ideue et al.
Nyckeln till detta beteende är hur WSe 2 och BP är inriktade. Den kristallina strukturen hos BP har reflekterande, eller spegel, symmetri i ett plan, medan WSe 2 har tre linjer av spegelsymmetri. När materialens symmetrilinjer är i linje, provet får polaritet. Den här typen av lagerstapling är känsligt arbete, men det avslöjar också för forskarna nya egenskaper och funktioner som inte kunde förutsägas bara genom att titta på materialens vanliga form.
"Den största utmaningen för oss kommer att vara att hitta en bra kombination av 2D-material med högre elgenereringseffektivitet och även att studera effekten av att ändra vinklarna på staplarna, " sade Ideue. "Men det är så givande att upptäcka aldrig tidigare sett framväxande egenskaper hos material. Förhoppningsvis, en dag skulle denna forskning kunna förbättra solpaneler. Vi skulle vilja utforska mer oöverträffade egenskaper och funktioner i nanomaterial."
Studien publiceras i Vetenskap .
