Японские учёные обнаружили фотоэффект в материалах, в которых его никогда не было. Они могут улучшить солнечные панели

Учёные из Токийского университета обнаружили фотогальванический эффект в материалах, которые ранее не рассматривались в качестве основы для солнечных панелей. Оказалось, что если некоторые материалы сложить определённым образом, то на их стыках падающий свет возбуждает электроны из-за чего начинает течь электрический ток. Открытие позволило взглянуть на фотоэффекты под новым и неожиданным углом, что может привести к появлению новых солнечных панелей.

Два 2D-материала в связке ведут себя не так, как каждый из них по отдельности. Источник изображения: The University of Tokyo

Исследователи изучали так называемые 2D-материалы, широко известным представителем которых является графен. Их внимания удостоился чёрный фосфор (BP) и селенид вольфрама (WSe2). Каждый из этих материалов не проявляет фотогальванических свойств, сколько на него не свети, но если один материал наложить на другой особенным образом, то под воздействием света в нём начинает течь электрический ток. Также такой «бутерброд» начинает демонстрировать поляризацию, чего нет у обоих материалов по отдельности

Самым важным в этом открытии стало то, что результирующий эффект отличается от фотоэлектрического эффекта, обычно обнаруживаемого в известных солнечных элементах, и потенциально превосходит его. Тем самым появляется надежда на создание очень и очень эффективных солнечных ячеек из материалов, которые не были способными на фотоэффект. По крайней мере, учёные нащупали ещё один путь повысить КПД солнечных панелей.

Следует сказать, что границы раздела нескольких 2D-материалов часто проявляют свойства, отличные от свойств отдельных кристаллов. Поэтому изучение свойств комбинаций из таких материалов — это осознанный выбор для исследований. Секрет открытия японских учёных в том, что они подобрали ключ к правильной комбинации материалов. Выяснилось, что фотоэффект в случае наложения чёрного фосфора на селенид вольфрама возникает только тогда, когда линии зеркальной симметрии кристаллических структур каждого из них совпадают заданным образом (у чёрного фосфора одна линия симметрии, а у селенид вольфрама их три).

Лазерный луч заставляет течь электрический ток в материалах, ранее не демонстрировавших фотоэффекты. Источник изображения: The University of Tokyo

«Самая большая проблема для нас будет заключаться в том, чтобы найти хорошее сочетание 2D-материалов с более высокой эффективностью выработки электроэнергии, а также изучить влияние изменения ориентации слоёв, — сказал Тошия Идею (Toshiya Ideue), один из ведущих разработчиков исследования. — Но так приятно открывать невиданные ранее генерирующие свойства материалов. Надеюсь, что однажды это исследование сможет улучшить солнечные батареи».