Valoilmaisimet tuplaavat tehokkuutensa

Kalifornian Riversiden (UCR) yliopiston fyysikot ovat kehittäneet valoilmaisimia yhdistämällä kaksi erillistä epäorgaanista ainetta ja tuottamalla siinä kvanttimekaanisia prosesseja, jotka voisivat mullistaa jopa aurinkosähkön keruuta.

Valon sähköksi muuntamisen tehokkuuden lisääminen on ollut yksi päätavoitteista valoilmaisimen rakenteessa niiden keksinnöstä lähtien.

Nyt tutkijat pinosivat kaksi atomisen ohutta kerrosta volframi diseleeniä (WSe2) yhdelle atomiselle kerrokselle molybdeeni diseleeniä (MoSe2). Pinoaminen johti ominaisuuksiin, jotka poikkeavat huomattavasti levyjen alkuperäisistä ominaisuuksista.

Oheinen kuva esittää WSe2/MoSe2-rakenteen energiakaaviota. Kun fotoni (1) osuu WSe2-kerrokseen, se irrottaa elektronin (2) ja vapauttaa sen johtumaan WSe2:n (3) läpi. Kahden materiaalin välisessä liitoksessa elektroni putoaa (energisesti) MoSe2:een (4). Pudotuksessa pois annettu energia irrottaa toisen elektronin WSe2:sta (5) MoSe2:een (6), jossa molemmat elektronit voivat liikkua vapaasti ja tuottaa sähköä.

Kun elektroni normaalisti siirtyy energiatilojen välillä, se hukkaa energiaa. Tässä kokeessa hukkaenergia sen sijaan tuottaa toisen elektronin, kaksinkertaistaen tehonsa. Nykyisissä aurinkopaneeleissa yksi fotoni voi muodostaa enintään yhden elektronin.

Tällaisten prosessien ymmärtäminen yhdessä parempien mallien kanssa, jotka ylittävät teoreettiset tehokkuusrajat, on laaja merkitys uusien ultra-tehokkaiden aurinkosähkölaitteiden suunnittelussa.

Tutkijat selittivät, että ultrapienissä materiaaleissa elektronit käyttäytyvät kuin aallot. Kun materiaali, kuten WSe2 tai MoSe2, ohennetaan mittasuhteisiin, jotka ovat lähellä elektronin aallonpituutta, materiaalin ominaisuudet alkavat muuttua selittämättömin, ennakoimattomin ja salaperäisin tavoin.

"Se on kuin seinien väliin juuttunut aalto. Kvanttimekaanisesti, tämä muuttaa kaikki skaalat. Kahden erilaisen erittäin pienen materiaalin yhdistelmä saa aikaan täysin uuden kertautumisprosessin. Kaksi plus kaksi on viisi," toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaampia ledejä ja aurinkokennoja