Il seleniuro di tungsteno (WSe2) e il fosforo nero (BP) non mostrano un comportamento elettronico polarizzato fino a quando non vengono combinati in modo tale che le loro strutture si sovrappongano. Credito:©2021 Ideue et al.
Per la prima volta, i ricercatori hanno scoperto un modo per ottenere la polarità e il comportamento fotovoltaico da alcuni non fotovoltaici, materiali atomicamente piatti (2D). La chiave sta nel modo speciale in cui sono disposti i materiali. L'effetto risultante è diverso da e potenzialmente superiore a, l'effetto fotovoltaico che si trova comunemente nelle celle solari.
L'energia solare è considerata una tecnologia chiave per allontanarsi dai combustibili fossili. I ricercatori innovano continuamente mezzi più efficienti per generare energia solare. E molte di queste innovazioni provengono dal mondo della ricerca sui materiali. Il ricercatore associato Toshiya Ideue del Dipartimento di Fisica Applicata dell'Università di Tokyo e il suo team sono interessati alle proprietà fotovoltaiche dei materiali 2D e alle loro interfacce dove questi materiali si incontrano.
"Abbastanza spesso, le interfacce di più materiali 2D presentano proprietà diverse rispetto ai singoli cristalli da soli, " ha detto Ideue. "Abbiamo scoperto che due materiali specifici che normalmente non mostrano alcun effetto fotovoltaico lo fanno quando impilati in un modo molto particolare".
I due materiali sono seleniuro di tungsteno (WSe 2 ) e fosforo nero (BP), entrambi hanno strutture cristalline diverse. Originariamente, entrambi i materiali sono apolari (non hanno una direzione di conduzione preferita) e non generano fotocorrente sotto luce. Però, Ideue e il suo team lo hanno scoperto impilando fogli di WSe 2 e BP insieme nel modo giusto, il campione ha mostrato polarizzazione, e quando una luce è stata gettata sul materiale, ha generato una corrente. L'effetto si verifica anche se l'area di illuminazione è lontana dagli elettrodi alle due estremità del campione; questo è diverso da come funziona il normale effetto fotovoltaico.
Sotto illuminazione laser, il materiale stratificato genera una corrente. Credito:©2021 Ideue et al.
La chiave di questo comportamento è il modo in cui WSe 2 e BP sono allineati. La struttura cristallina di BP ha riflessi, o specchio, simmetria in un piano, considerando che WSe 2 ha tre linee di simmetria speculare. Quando le linee di simmetria dei materiali si allineano, il campione guadagna polarità. Questo tipo di sovrapposizione di strati è un lavoro delicato, ma rivela anche ai ricercatori nuove proprietà e funzioni che non potevano essere previste semplicemente osservando la forma ordinaria dei materiali.
"La sfida più grande per noi sarà trovare una buona combinazione di materiali 2D con una maggiore efficienza di generazione elettrica e anche studiare l'effetto del cambiamento degli angoli delle pile, " ha detto Ideue. "Ma è così gratificante scoprire proprietà emergenti dei materiali mai viste prima. Auspicabilmente, un giorno questa ricerca potrebbe migliorare i pannelli solari. Vorremmo esplorare proprietà e funzionalità senza precedenti nei nanomateriali".
Lo studio è pubblicato su Scienza .
