石墨烯和TMDC的结合可能会导致下一代太阳能电池

曼彻斯特大学和新加坡国立大学的科学家使用具有单层过渡金属二硫化碳（TMDC）的石墨烯，开发了极其灵敏和高效的光伏器件，可以制造下一代太阳能电池和光电器件。

曼彻斯特大学和新加坡国立大学的研究人员展示了如何在三维堆栈中构建多层异质结构可以产生令人兴奋的探索新电子设备的物理现象。

这一突破性成果发表在《科学》杂志上，可能会产生电能，使整个建筑物运转，而整个建筑物都是由暴露在外的墙壁吸收的阳光所产生的。根据环境条件（例如温度和亮度），可以随意使用能量来更改灯具和窗户的透明度和反射率。

曼彻斯特大学诺贝尔奖获得者安德烈·吉姆（Andre Geim）教授和科斯蒂亚·诺沃塞洛夫（Kostya Novoselov）教授于2004年对石墨烯进行了隔离，从而发现了整个全新的单原子厚材料家族。

石墨烯是世界上最薄，最坚固和最具导电性的材料，并且有可能彻底改变大量的非常规应用。从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。

总的来说，此类2D晶体显示出各种最高级的性能：从导电到绝缘，从不透明到透明。这些堆栈中的每个新层都增加了令人兴奋的新功能，因此异质结构是创建新颖的多功能设备的理想选择。

一加一大于二-2D晶体的组合使研究人员能够实现任何单一材料都无法提供的功能。

曼彻斯特和新加坡的研究人员将这些异质结构的功能扩展到了光电子学和光子学。通过将石墨烯与过渡金属二硫化碳（TMDC）的单层结合，研究人员能够制造出极为灵敏且高效的光伏器件。这样的设备可以潜在地用作超灵敏光电探测器或非常高效的太阳能电池。

在这些器件中，TMDC层夹在两层石墨烯之间，结合了两种2D晶体的激发特性。TMDC层充当非常有效的光吸收剂，而石墨烯充当透明导电层。这允许将这种光伏器件进一步集成到更复杂，更多功能的异质结构中。

Novoselov教授说：“我们对基于2D原子晶体的异质结构带来的新物理学和新机遇感到兴奋。可用的2D晶体库已经非常丰富，涵盖了很大的参数空间。

这种光敏异质结构增加了新的可能性，并为新型实验铺平了道路。随着我们创建越来越复杂的异质结构，设备的功能将变得更加丰富，进入多功能设备的领域。”

曼彻斯特大学研究员兼主要作者利亚姆·布里特内尔（Liam Britnell）博士补充说：“令人印象深刻的是，我们从这样的光敏异质结构的想法迅速转移到了工作装置上。它实际上从一开始就起作用，即使是最优化的结构也表现出非常受人尊敬的特征。”

新加坡国立大学石墨烯研究中心主任Antonio Castro Neto教授补充说：“我们能够确定理想的材料组合：非常光敏的TMDC和光学透明且导电的石墨烯，它们共同构成了非常高效的光伏设备。

“我们确信，随着我们对2D原子晶体领域的研究越来越深入，我们将能够识别出更多这样的互补材料，并创建具有多种功能的更复杂的异质结构。这确实是一个开放领域，我们将对其进行探索。”

曼彻斯特大学的Cinzia Casiraghi博士补充说：“光敏异质结构将为其他具有新功能的异质结构开辟道路。而且，将来我们计划为光伏应用开发更便宜，更高效的异质结构。”

出版物：L. Britnell等人，“原子薄膜异质结构中的强光物质相互作用”，《科学》，2013年； DOI：10.1126 / science.1235547

图像：曼彻斯特大学