Los fotodetectores son ubicuos en la vida, como cámaras, teléfonos móviles, dispositivos de control remoto, células solares e incluso paneles de naves espaciales. Con solo micrones de grosor, estos pequeños dispositivos pueden convertir la luz en energía eléctrica, seguida de señales eléctricas. Desde que se inventó el detector fotoeléctrico, el aumento de su eficiencia de conversión fotoeléctrica se ha convertido en uno de los principales objetivos para hacer fotodetectores.
Recientemente, los físicos de la Universidad de California en la Universidad de California han desarrollado un nuevo tipo de fotodetector que puede subvertir la colección de energía solar existente al mezclar dos materiales inorgánicos diferentes y luego crear un proceso de mecánica cuántica. Los resultados de la investigación se publican en "Nanotecnología natural".
Los investigadores informaron que dos seleniuros de tungsteno ternarios (WSe2) se apilaron en una capa monoatómica de molibdeno diselenita (MoSe2). Los resultados de este apilamiento fueron bastante diferentes de los de la estructura de capas existente. Puede hacer que los investigadores estén en la escala más delgada para la personalización y operación de ingeniería electrónica.
En los electrones, el estado de los electrones determina su nivel de energía, y cuando los electrones se mueven de un estado a otro, absorben o liberan energía, y cuando los electrones están por encima de un cierto nivel, los electrones son libres de moverse Cuando el electrón se mueve a un proceso de bajo nivel, la energía liberada es suficiente para aflojar los otros electrones.
Los investigadores observaron que cuando un fotón golpeaba la capa WSe2, soltaba un electrón y lo dejaba moverse libremente en la capa WSe2. En los nodos WSe2 y MoSe2, el electrón libre caería en la capa MoSe2. Los electrones liberarán los electrones de la capa WSe2 a la capa MoSe2, obteniendo finalmente dos electrones libres y generando electricidad.
Un fotón (1) incide en la capa WSe2, que activará un electrón (2) para que pueda moverse libremente en el WSe2 (3). En la unión de los dos materiales (5). La energía liberada por los electrones durante la caída hará que los otros electrones pasen de la capa WSe2 (5) a la capa MoSe2 (6), obteniendo finalmente dos electrones libres y generando electricidad. El
"Lo que vemos es un fenómeno nuevo", dice Nathaniel M. Gabor, profesor asistente de física en el Departamento de Física. "Normalmente, cuando un electrón salta entre niveles, perderá energía". Sin embargo, Del experimento, la pérdida de energía pero condujo a la creación de otros electrones libres, la eficiencia original se duplicó. Este principio, combinado con más que el límite teórico de la eficiencia del diseño, será el futuro de los nuevos dispositivos optoelectrónicos de ultra alta precisión El diseño tiene una amplia gama de efectos.
"Los electrones originalmente excitados por los fotones en la capa WSe2, que posee la energía en el nivel WSe2, son más bajos." Dice Fatemeharati, un graduado de Gabor Quantum Materials y Optoelectronics Laboratories, y también uno de los autores del primer coautor del artículo. Al aplicar un pequeño campo eléctrico, los electrones se transferirán a MoSe2, donde la energía de los electrones es alta en la nueva capa, lo que significa que puede liberar una porción de la energía que se libera en forma de impulso. Dispersos, mientras que 'kick' de WSe2 otro electrónico.
En un modelo de un panel solar existente, un fotón puede producir como máximo un electrón, pero en un dispositivo prototipo desarrollado por varios investigadores, un fotón puede producir dos o más electrones por la llamada multiplicación de electrones. Los investigadores han explicado que la volatilidad de los electrones se refleja en el material muy pequeño. Aunque es difícil de entender en el nivel macro, es totalmente posible que un fotón produzca dos electrones a pequeña escala. Materiales como WSe2 o MoSe2, cuyas dimensiones se aproximan a las longitudes de onda de los electrones, comienzan a volverse inexplicables, impredecibles y misteriosos.
"Como las olas están aprisionadas en la misma pared", dijo Gabor. "Mecánica cuántica, esto cambia todos los límites. La combinación de dos materiales diferentes pero ultrapequeños conduce a un nuevo proceso de multiplicación, como 2 + 2 = 5! '
"Idealmente, en la célula solar, esperamos que la palabra palabra se pueda convertir en electrones múltiples después de ingresar, otro estudiante graduado del equipo, también conocido como MaxGrossnickle, uno de los primeros autores del artículo." Nuestra tesis Muestra que es posible. 'Barati observa que al aumentar la temperatura del dispositivo, se producirán más electrones.
"Estamos observando el fenómeno de la multiplicación de electrones en el caso del dispositivo a 340 Kelvin (150 grados Fahrenheit, 67 grados Celsius), por encima de la temperatura ambiente", dice, y casi ningún material muestra esto a temperatura ambiente. Cuando continuamos aumentando la temperatura, podemos ver más productos electrónicos.
En dispositivos fotovoltaicos convencionales, la multiplicación de electrones a menudo requiere un alto voltaje de 10 a 100 V. Sin embargo, en este nuevo tipo de dispositivo, solo es necesario aplicar una tensión de 1.2 V, que corresponde a una batería AA. "Esta correa de operación de baja presión Para las características de bajo consumo de energía, indica que el campo de diseño de fotodetectores y materiales de células solares de cambios revolucionarios en la llegada.
Explicó que la eficiencia de los dispositivos fotovoltaicos está determinada por una simple competencia, la energía de la luz se convierte en calor inútil o energía útil. "El material delgado puede equilibrar esta competencia, al tiempo que limita la generación de calor, aumenta la potencia Él dijo.
Gabor continúa explicando que su equipo descubrió que el fenómeno de la mecánica cuántica es similar al de los rayos cósmicos que pasan por la atmósfera y que cuando los rayos cósmicos de alta energía entran en contacto con la atmósfera terrestre se producirán una serie de nuevas partículas y cree que el descubrimiento del equipo Se aplicará en el campo desconocido.
"Estos materiales con un solo grosor atómico son casi transparentes", dijo. "Puedo esperar que los veamos en el futuro, o como células solares instaladas en las ventanas. Buena flexibilidad, y también se prevé que estén integrados con el tejido para su uso en dispositivos fotovoltaicos portátiles, y puede haber prendas que puedan producir energía en el futuro, haciendo que la tecnología de recolección de energía sea prácticamente invisible.
