(Phys.org) — La combinazione di materiale meraviglioso, il grafene con altri straordinari materiali dello spessore di un atomo, potrebbe creare la prossima generazione di celle solari e dispositivi optoelettronici, gli scienziati hanno rivelato.

I ricercatori dell'Università di Manchester e della National University di Singapore hanno dimostrato come la costruzione di eterostrutture multistrato in uno stack tridimensionale possa produrre un fenomeno fisico entusiasmante esplorando nuovi dispositivi elettronici.

La svolta, pubblicato in Scienza , potrebbe portare a energia elettrica che fa funzionare interi edifici generata dalla luce solare assorbita dalle sue pareti esposte; l'energia può essere utilizzata a piacimento per modificare la trasparenza e la riflettività di infissi e finestre a seconda delle condizioni ambientali, come temperatura e luminosità.

L'isolamento del grafene, dai premi Nobel dell'Università di Manchester, il professor Andre Geim e il professor Kostya Novoselov nel 2004, ha portato alla scoperta dell'intera nuova famiglia di materiali dello spessore di un atomo.

Il grafene è il più sottile al mondo, materiale più resistente e conduttivo, e ha il potenziale per rivoluzionare un numero enorme di applicazioni diverse; da smartphone e banda ultralarga alla consegna di farmaci e chip per computer.

L'isolamento del grafene ha anche portato alla scoperta di un'intera nuova famiglia di materiali dello spessore di un atomo.

Collettivamente, tali cristalli 2D dimostrano una vasta gamma di proprietà superlative:da conduttive a isolanti, da opaco a trasparente. Ogni nuovo strato in queste pile aggiunge nuove entusiasmanti funzioni, quindi le eterostrutture sono ideali per creare nuovi, dispositivi multifunzionali.

Uno più uno è maggiore di due:le combinazioni di cristalli 2D consentono ai ricercatori di ottenere funzionalità non disponibili da nessuno dei singoli materiali.

I ricercatori di Manchester e Singapore hanno ampliato la funzionalità di queste eterostrutture all'optoelettronica e alla fotonica. Combinando il grafene con monostrati di dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC), i ricercatori sono stati in grado di creare dispositivi fotovoltaici estremamente sensibili ed efficienti. Tali dispositivi potrebbero essere potenzialmente utilizzati come fotorivelatori ultrasensibili o celle solari molto efficienti.

In questi dispositivi, strati di TMDC sono stati inseriti tra due strati di grafene, combinando le proprietà eccitanti di entrambi i cristalli 2D. Gli strati TMDC agiscono come assorbitori di luce molto efficienti e il grafene come strato conduttivo trasparente. Ciò consente un'ulteriore integrazione di tali dispositivi fotovoltaici in ambienti più complessi, eterostrutture più multifunzionali.

Il professor Novoselov ha dichiarato:"Siamo entusiasti della nuova fisica e delle nuove opportunità che ci vengono offerte dalle eterostrutture basate su cristalli atomici 2D. La libreria di cristalli 2D disponibili è già piuttosto ricca, coprendo un ampio spazio di parametri.

"Tali eterostrutture fotoattive aggiungono ancora nuove possibilità, e aprire la strada a nuovi tipi di esperimenti. Man mano che creiamo eterostrutture sempre più complesse, così le funzionalità dei dispositivi diventeranno più ricche, entrare nel regno dei dispositivi multifunzionali."

Il ricercatore e autore principale dell'Università di Manchester, il dottor Liam Britnell, ha aggiunto:"È stato impressionante quanto velocemente siamo passati dall'idea di tali eterostrutture fotosensibili al dispositivo funzionante. Ha funzionato praticamente fin dall'inizio e anche le strutture più non ottimizzate hanno mostrato caratteristiche molto rispettabili".

Professor Antonio Castro Neto, Il direttore del Graphene Research Center presso la National University of Singapore ha aggiunto:"Siamo stati in grado di identificare la combinazione ideale di materiali:TMDC molto fotosensibile e grafene otticamente trasparente e conduttivo, che insieme creano un dispositivo fotovoltaico molto efficiente.

"Siamo sicuri che mentre studiamo di più nell'area dei cristalli atomici 2D saremo in grado di identificare più di questi materiali complementari e creare eterostrutture più complesse con funzionalità multiple. Questo è davvero un campo aperto e lo esploreremo".

Dott.ssa Cinzia Casiraghi, dell'Università di Manchester, ha aggiunto:"Le eterostrutture fotosensibili aprirebbero la strada ad altre eterostrutture con nuove funzionalità. Inoltre, in futuro prevediamo un'eterostruttura più economica ed efficiente per applicazioni fotovoltaiche."