Les photodétecteurs sont omniprésents dans la vie, tels que les appareils photo, les téléphones mobiles, les télécommandes, les cellules solaires et même les panneaux de vaisseaux spatiaux.Seulement microns d'épaisseur, ces petits appareils peuvent convertir la lumière en énergie électrique, suivie de signaux électriques Depuis que le détecteur photoélectrique a été inventé, l'augmentation de son efficacité de conversion photoélectrique est devenue l'une des principales cibles pour la fabrication de photodétecteurs.
Récemment, des physiciens de l'Université de Californie à l'Université de Californie ont mis au point un nouveau type de photodétecteur capable de subvertir la collection d'énergie solaire existante en mélangeant deux matériaux inorganiques différents, puis en créant un processus de mécanique quantique. Les résultats de la recherche sont publiés dans "Natural Nanotechnology".
Les chercheurs ont rapporté que deux séléniures de tungstène ternaire (WSe2) étaient empilés sur une couche monoatomique de molybdène-disélénite (MoSe2) .Les résultats de cet empilement étaient très différents de ceux de la structure de couches existante, Peut rendre les chercheurs à l'échelle la plus fine possible pour la personnalisation et l'exploitation du génie électronique.
Dans les électrons, l'état des électrons détermine leur niveau d'énergie, et quand les électrons passent d'un état à un autre, ils absorbent ou libèrent de l'énergie, et quand les électrons sont au-dessus d'un certain niveau, les électrons sont libres de se déplacer Lorsque l'électron passe à un processus de bas niveau, l'énergie libérée est suffisante pour relâcher les autres électrons.
Les chercheurs ont observé que lorsqu'un photon frappait la couche WSe2, il détachait un électron et le laissait se déplacer librement dans la couche WSe2 Aux nœuds WSe2 et MoSe2, l'électron libre tombait dans la couche MoSe2. Les électrons libéreront les électrons de la couche WSe2 à la couche MoSe2, obtenant finalement deux électrons libres et générant de l'électricité.
Un photon (1) est incident sur la couche WSe2, qui va envoyer un électron (2) pour qu'il puisse se déplacer librement sur le WSe2 (3) .A la jonction des deux matériaux (5) L'énergie libérée par les électrons pendant la chute transformera les autres électrons de la couche de WSe2 (5) en couche de MoSe2 (6), en gagnant finalement deux électrons libres et en produisant de l'électricité Le
«Ce que nous voyons est un nouveau phénomène», explique Nathaniel M. Gabor, professeur adjoint de physique au Département de physique. «Normalement, lorsqu'un électron saute entre les niveaux, il perd de l'énergie. De l'expérience, la perte d'énergie, mais a conduit à la création d'un autre électrons libres, l'efficacité originale doublée.Ce principe, combiné avec plus que la limite théorique de l'efficacité de la conception, sera le futur de nouveaux dispositifs optoélectroniques ultra-haute précision La conception a un large éventail d'effets.
«Les électrons initialement excités par les photons sur la couche WSe2, qui possède l'énergie au niveau WSe2, sont plus faibles», explique Fatemeharati, diplômée des Laboratoires Gabor Quantum Materials et Optoelectronics, et également l'un des auteurs du premier co-auteur du journal. En appliquant un petit champ électrique, les électrons seront transférés à MoSe2, où l'énergie des électrons est élevée sur la nouvelle couche, ce qui signifie qu'elle peut libérer une partie de l'énergie qui est libérée sous forme d'impulsion Scattered, tandis que «kick» sur WSe2 un autre électronique.
Dans un modèle de panneau solaire existant, un photon peut produire au plus un électron, mais dans un dispositif prototype développé par plusieurs chercheurs, un photon peut produire deux électrons ou plus par une multiplication dite électronique. Les chercheurs ont expliqué que la volatilité des électrons est reflétée dans le très petit matériau. Bien qu'il soit difficile à comprendre au niveau macro, il est tout à fait possible pour un photon de produire deux électrons à petite échelle. Des matériaux tels que WSe2 ou MoSe2, dont les dimensions sont proches des longueurs d'onde des électrons, commencent à devenir inexpliqués, imprévisibles et mystérieux.
«Comme les vagues sont emprisonnées dans le même mur», dit Gabor, «la mécanique quantique change toutes les limites, la combinaison de deux matériaux différents mais ultra-petits mène à un nouveau processus de multiplication, comme 2 + 2 = 5! '
«Idéalement, sur la cellule solaire, nous espérons que le mot mot puisse être converti en plusieurs électrons après l'entrée, un autre étudiant diplômé de l'équipe, également connu sous le nom de MaxGrossnickle, l'un des premiers auteurs de l'article. Cela montre que c'est possible. »Barati remarque qu'en augmentant la température de l'appareil, il y aura plus d'électrons produits.
"Nous observons le phénomène de la multiplication électronique dans le cas de l'appareil à 340 Kelvin (67 degrés Celsius), au-dessus de la température ambiante", dit-elle, et presque aucun matériau ne le montre à température ambiante. Lorsque nous continuons à augmenter la température, nous pouvons voir plus d'électronique.
Dans les dispositifs photovoltaïques classiques, la multiplication d'électrons nécessite souvent une haute tension de 10 à 100 V. Cependant, dans ce nouveau type de dispositif, il suffit d'appliquer une tension de 1,2 V à une cellule AA. Pour les caractéristiques de faible consommation d'énergie, indique que le champ de conception de photodétecteurs et de cellules solaires de changements révolutionnaires à l'arrivée.
Il a expliqué que l'efficacité des dispositifs photovoltaïques est déterminée par une simple concurrence, l'énergie lumineuse est transformée en chaleur inutile ou en énergie utile. "Un matériau mince peut équilibrer cette concurrence, tout en limitant la génération de chaleur, augmenter la puissance Il a dit.
Gabor continue d'expliquer que son équipe a découvert que le phénomène de la mécanique quantique est similaire à celui des rayons cosmiques qui traversent l'atmosphère et que lorsque des rayons cosmiques de haute énergie sont en contact avec l'atmosphère terrestre, une série de nouvelles particules seront produites. Sera appliqué dans le champ inconnu.
«Ces matériaux avec une seule épaisseur atomique sont presque transparents», dit-il, «je peux m'attendre à ce que nous les voyions à l'avenir, ou comme des cellules solaires installées sur les fenêtres. Une bonne flexibilité, et il est également prévu qu'ils soient intégrés avec le tissu pour une utilisation sur les dispositifs photovoltaïques portables, et il peut y avoir des vêtements qui peuvent produire de l'énergie à l'avenir, rendant la technologie de collecte d'énergie pratiquement invisible.
