Монослой диселенида молибдена позволит повысить эффективность солнечных батарей
 Схематическое изображение и спектр фотолюминесценции монослоя диселенида молибдена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Двумерные материалы, вроде графена, значительно отличаются по своим механическим и электрическим свойствам от аналогичных по химическому составу объемных структур, поэтому они могут найти приложения в совершенно новых областях. До сих пор, однако, большая часть исследований в этом направлении была сосредоточена на графене. Тот факт, что данный материал не имеет запрещенной зоны, подтолкнул ученых к изучению аналогичных структур, построенных из других молекул, в частности, других полупроводников.
Двумерные материалы на основе молибдена, например, молибденит (MoS2), могут быть получены при помощи тех же методик «отслаивания», что и графен. Хотя моноатомные слои молибденита были изучены ранее (известно, что молибденит имеет запрещенную зону шириной 1,9 эВ), аналогичные соединения, содержащие селен, до сих пор не были синтезированы на практике.
Чтобы восполнить этот пробел, совместная группа ученых из University of California, Massachusetts Institute of Technology и Lawrence Berkeley National Laboratory (США) начала исследования в данном направлении. Ученые пришли к выводу, что полученный ими монослой диселенида молибдена не только является стабильным во времени, но и имеет очень интересные электронные и оптические свойства. В частности, было обнаружено, что этот материал имеет запрещенную зону с прямой шириной 1,5 эВ. Значение этого факта сложно переоценить, поскольку ширина запрещенной зоны соответствует спектральной частоте, облегчающей создание оптоэлектронных и фотонных устройств. В частности, 1,5 эВ – это оптимальная ширина для устройств, преобразующих солнечное излучение в электрическую энергию (т.к. она хорошо соответствует спектру солнца). Как известно, полупроводники с шириной запрещенной зоны от 1,0 до 1,6 эВ имеют наибольший потенциал для получения эффективных солнечных ячеек. При этом из двумерных и трехмерных материалов эффективнее с точки зрения преобразования энергии оказываются именно двумерные, т.к. они целиком испытывают воздействие излучения.
Оказывается также, что двумерный диселенид молибдена легко изолировать от объемного материала, который отличается косвенной шириной запрещенной зоны. Интересно, что, если разместить несколько монослоев диселенида молибдена друг на друге, они будут иметь практически одинаковую прямую и косвенную ширину запрещенной зоны в районе 1,3 – 1,5 эВ. Причем, характеристики вещества в данном случае могут быть «настроены» с помощью управления температурой и числом объединенных слоев.
Возвращаясь к монослою диселенида молибдена, необходимо отметить, что этот материал отличается сильной фотолюминесценцией, что делает его также интересным с точки зрения создания светоизлучающих диодов.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- «Живые» солнечные батареи – это реальность
- Слоистые структуры позволяют создавать солнечные батареи нового поколения
- Новые окислительно-восстановительные пары могут усовершенствовать солнечные батареи
- Повышение эффективности солнечных батарей при помощи 3D наноструктур
- Наносферы помогут улучшить характеристики солнечных батарей
Источники: