Opis projektu
Materiały dwuwymiarowe w skutecznych fotodetektorach i ogniwach słonecznych
Aktualne badania naukowe skupiające się na półprzewodnikach nowej generacji mają na celu stworzenie tanich i wysoce wydajnych fotodetektorów i ogniw słonecznych. Wytwarzanie tych urządzeń optoelektronicznych na skalę przemysłową wiąże się z pewnymi obawami o charakterze technologicznym, gospodarczym, środowiskowym i politycznym. Dwuwymiarowe dichalkogenki metali przejściowych, takie jak MoS2 i WS2, wydają się obiecujące, ponieważ materiały te charakteryzują się długotrwałą stabilnością, są łatwe w obróbce i występują w dużych ilościach. Jednak w przypadku fotowoltaiki powszechnym problemem jest ograniczona absorpcja energii słonecznej. Zespół finansowanego przez UE projektu 2D_PHOT proponuje zastosowanie nanostrukturyzacji fotonicznej w celu maksymalizacji efektywności zbierania światła w tych urządzeniach. Badacze zaprojektują i zbudują skuteczny fotodetektor oraz ogniwo słoneczne wykorzystujące układ fotoniczny. Planują też zademonstrowanie zwiększonych osiągów urządzenia wykorzystującego metalowy tylny reflektor, TMDC i grafen.
Cel
The need for inexpensive yet highly efficient photodetectors and solar cells is driving the search for a new generation of semiconductors that have high absorbance in the visible, broad wavelength operation range, are transparent and flexible albeit with strong light-matter interaction, and are easy to process. Manufacturing these optoelectronic devices at a large scale involves concerns at technological, economical, ecological, social and political levels. Ideally, the new materials are abundant, easily processed and feature long term stability and non-toxicity. The advent of 2D transition metal dichalcogenides (TMDCs). e.g. MoS2 and WS2, has generated great expectations since these materials fulfill all these requirements. 2D-TMDCs exhibit direct band gaps, high absorption coefficients, and high carrier mobility values, making them promising candidates for optoelectronic applications. The out-of-plane quantum confinement responsible for the direct bandgap in the monolayer, also allows for the modulation of the bandgap as a function of the number of layers. However, for photovoltaics (PV), even if transparency is an important attribute in some niche markets, e.g. building-integrated PV, thickness-limited absorption poses a challenge in general. To overcome this issue, we propose a photonic nanostructuration to maximize light harvesting in these devices. We will combine strong interference effects based in the small penetration in a metallic substrate and the light trapping due to the nanostructuration by lithography of TMDCs over a metallic substrate. Resonators with high-quality factors will have potential applications in light harvesting devices, such as photodetectors, but also in solar cells. We will design and fabricate such an efficient photodetector, and also a solar cell incorporating the photonic design, and demonstrate enhanced performance in a metal back reflector/TMDC/graphene device.
Dziedzina nauki
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicsoptoelectronics
- engineering and technologynanotechnologynano-materialstwo-dimensional nanostructuresgraphene
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringsensorsoptical sensors
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssemiconductivity
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsrenewable energysolar energyphotovoltaic
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordynator
4715-330 Braga
Portugalia