Nuevo semiconductor bidimensional con bandgap ideal para energía solar.

Comparación de fotoluminiscencia de diferentes espesores de diseleniuro de molibdeno. La muestra con capa única tiene el valor más alto de fotoluminiscencia debida a su band gap directa. American Chemical Society 2012.

En el fondo, la investigación fotovoltaica consiste en encontrar materiales con propiedades específicas que los hacen buenos en la absorción de la luz solar y convertirla en electricidad. Los mejores materiales fotovoltaicos son semiconductores que tienen valores óptimos de band gap que van desde 1 hasta 1,6 eV, lo que les permite absorber determinadas partes del espectro solar en función del valor de la band gap. En un nuevo estudio, los científicos de materiales han sintetizado y caracterizado un nuevo material semiconductor que consta de un grosor atómico (0.7 nm) la capa de selenio y molibdeno que tiene una banda prohibida de realizar la cosecha solar y aplicaciones optoelectrónica, y también exhibe un comportamiento único.

Los investigadores, un equipo de la Universidad de California, Berkeley, MIT, y la Academia de Ciencias de China , han publicado su estudio en una edición reciente de la revista Nano Letters .

Además de su band gap atractiva, MoSe2 también es atractiva por otra propiedad inusual: casi se ha degeneran band gaps directas e indirectas, en el límite de capa, es decir, las band gaps directas e indirectas tienen casi la misma energía en la capa límite. Aunque los materiales con band gaps, tanto directos como indirectos pueden absorber fotones cuya energía está cerca de la brecha de energía, los materiales con band gaps directos no permiten que fotones de penetren, lo que los hace mejor (y más delgado por lo general) que los materiales absorbentes de luz con band gaps indirectas.

Imagen de una capa de seleniuro de molibdeno. American Chemical Society 2012.

MoSe 2 , como la mayoría de otros metales de transición calcogenuros, tiene una banda prohibida indirecta en forma a granel y una banda prohibida directa como una sola capa bidimensional. Típicamente, con el fin de transformar la banda prohibida indirecta para una banda prohibida directa, una sola capa debe estar físicamente aislada de una pieza de material a granel. 

En el nuevo estudio, los investigadores encontraron que podían cambiar la banda prohibida indirecta en una pieza pocos capas de MoSe 2 a una banda prohibida directa, simplemente mediante el aumento de la temperatura. Como explican los investigadores, el aumento de la temperatura a 100 ° C (212 ° F) provoca que las capas múltiples del material a disociar térmicamente entre sí debido a la expansión térmica del espacio entre las capas. Esencialmente, las múltiples capas cada actuar como capas individuales con intervalos de banda directos. La disociación levanta la degeneración de modo que el material se vuelve una banda mas directa y luminiscente.