Físicos del Centro de Física Integrada de Nanoestructuras (CINAP), dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur), han descubierto un fenómeno intrigante, conocida como multiplicación de portadora (CM), en una clase de semiconductores con una delgadez increíble, propiedades sobresalientes, y posibles aplicaciones en electrónica y óptica. Publicado en Comunicaciones de la naturaleza, Estos nuevos hallazgos tienen el potencial de impulsar los campos fotovoltaicos y fotodetectores, y podría mejorar la eficiencia de las células solares producidas con estos materiales ultrafinos hasta en un 46%.

Una clase interesante de materiales 2-D, los dicalcogenuros de metales de transición en capas de van der Waals (TMD 2-D), se espera que creen la próxima generación de dispositivos optoelectrónicos, como las células solares, transistores, diodos emisores de luz (LED), etc. Consisten en capas delgadas individuales separadas por enlaces químicos muy débiles (enlaces de van der Waals), y tienen propiedades ópticas únicas, alta absorción de luz, y alta movilidad de portadores (electrones y huecos). Más allá de permitir la opción de ajustar su banda prohibida cambiando la composición y el grosor de la capa, Estos materiales también ofrecen una eficiencia radiativa interna ultra alta de> 99%, promovido por la eliminación de imperfecciones superficiales y una gran energía de enlace entre los portadores.

La absorción de la luz solar en monocapas semiconductoras 2-D TMD alcanza típicamente el 5-10%, que es un orden de magnitud mayor que en la mayoría de los materiales fotovoltaicos comunes, como el silicio, telururo de cadmio, y arseniuro de galio. A pesar de estas características ideales, sin embargo, la eficiencia máxima de conversión de energía de las células solares 2-D-TMDs se ha mantenido por debajo del 5% debido a las pérdidas en los electrodos metálicos. El equipo de IBS, en colaboración con investigadores de la Universidad de Amsterdam, tuvo como objetivo superar este inconveniente explorando el proceso de CM en estos materiales.

CM es una forma muy eficiente de convertir la luz en electricidad. Un solo fotón generalmente excita un solo electrón, dejando atrás un 'espacio vacío' (agujero). Sin embargo, es posible generar dos o más pares de electrones-huecos en semiconductores particulares si la energía de la luz incidente es suficientemente grande, más específicamente, si la energía del fotón es el doble de la energía de banda prohibida del material. Si bien el fenómeno CM es bastante ineficaz en semiconductores a granel, se esperaba que fuera muy eficiente en materiales 2-D, pero no se probó experimentalmente debido a algunas limitaciones técnicas, como la síntesis de TMD 2-D adecuada y la medición óptica ultrarrápida. En este estudio, el equipo observó CM en 2-D TMD, es decir, 2H-MoTe ₂ y 2H-WSe ₂ Película (s, por primera vez; un hallazgo que se espera que mejore la eficiencia actual de las células solares 2-D TMD, incluso superando el límite de Shockley-Queisser del 33,7%.

"Nuestros nuevos resultados contribuyen a la comprensión fundamental del fenómeno CM en 2-D-TMD. Si uno supera las pérdidas de contacto y tiene éxito en el desarrollo de energía fotovoltaica con CM, su eficiencia máxima de conversión de energía podría aumentarse hasta en un 46%, "dice Young Hee Lee, Director del CINAP. "Esta nueva ingeniería de nanomateriales ofrece la posibilidad de una nueva generación de durable, y células solares flexibles ".