Los dispositivos fotovoltaicos superdelgados sustentan la tecnología solar y, por lo tanto, se buscan con gran interés ganancias en la eficiencia de su producción. Los investigadores de KAUST han combinado y reorganizado diferentes semiconductores para crear las llamadas heterouniones p-n laterales, un proceso más simple que esperan que transforme la fabricación de células solares. nanoelectrónica autoamplificada, así como ultradelgada, transparente, dispositivos flexibles.

Monocapas de semiconductores bidimensionales, como el grafeno y dicalcogenuros de metales de transición como WSe2 y MoS2, tienen propiedades eléctricas y ópticas únicas que las convierten en alternativas potenciales a los materiales convencionales basados ​​en silicio. Los avances recientes en las técnicas de transferencia y crecimiento de materiales han permitido a los científicos manipular estas monocapas. Específicamente, El apilamiento vertical ha dado lugar a dispositivos fotovoltaicos ultradelgados, pero requiere varios pasos de transferencia complejos. Estos pasos se ven obstaculizados por varios problemas, como la formación de contaminantes y defectos en la interfaz de la monocapa, que limitan la calidad del dispositivo.

"Los dispositivos obtenidos mediante estas técnicas de transferencia suelen ser inestables y varían de una muestra a otra, "dice el investigador principal y ex alumno visitante del profesor asociado, Jr-Hau He, Meng-Lin Tsai, quien agrega que los contaminantes relacionados con la transferencia afectan significativamente la confiabilidad del dispositivo. Las propiedades electrónicas también han resultado difíciles de controlar mediante apilamiento vertical.

Para aprovechar al máximo las propiedades excepcionales de estos materiales bidimensionales, El equipo de Tsai, bajo la tutela de Él, creó monocapas con heterouniones laterales WSe2-MoS2 y las incorporó a las células solares. Bajo la luz solar simulada, las celdas lograron una mayor eficiencia de conversión de energía que sus equivalentes apilados verticalmente.

Para hacer esto, Primero, los investigadores sintetizaron las heterouniones depositando consecutivamente WSe2 y MoS2 sobre un sustrato de zafiro. Próximo, transfirieron los materiales a una superficie a base de silicio para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos.

La microscopía de alta resolución reveló que la unión lateral mostraba una clara separación entre los semiconductores en la interfaz. También, los investigadores no detectaron una diferencia de altura discernible entre las regiones de semiconductores, consistente con una interfaz atómicamente delgada.

Estas características interfaciales señalaron el éxito. "Nuestras estructuras son más limpias y más ideales que los conjuntos apilados verticalmente porque no necesitábamos el procedimiento de transferencia de varios pasos, "explica Tsai.

Es más, las heterouniones laterales mantuvieron en su mayor parte su eficacia a pesar de los cambios en la orientación de la luz incidente. Ser capaz de captar la luz procedente de cualquier dirección significa que los costosos sistemas de seguimiento solar se volverán redundantes.

Según Tsai, La implementación de heterouniones laterales en circuitos e interconexiones más complejos puede resultar en un mayor rendimiento que en las células solares convencionales, por lo que el equipo está trabajando en los siguientes pasos. "Estamos tratando de comprender la cinética y la termodinámica subyacentes de estas heterouniones para diseñar células más eficientes, " él añade.