Pour la première fois, des chercheurs ont découvert un moyen d'obtenir la polarité et le comportement photovoltaïque de certains non photovoltaïques, matériaux atomiquement plats (2D). La clé réside dans la manière particulière dont les matériaux sont disposés. L'effet résultant est différent de, et potentiellement supérieur à, l'effet photovoltaïque que l'on trouve couramment dans les cellules solaires.

L'énergie solaire est considérée comme une technologie clé dans l'abandon des combustibles fossiles. Les chercheurs innovent continuellement des moyens plus efficaces pour produire de l'énergie solaire. Et nombre de ces innovations proviennent du monde de la recherche sur les matériaux. L'associé de recherche Toshiya Ideue du Département de physique appliquée de l'Université de Tokyo et son équipe s'intéressent aux propriétés photovoltaïques des matériaux 2D et à leurs interfaces où ces matériaux se rencontrent.

"Assez souvent, les interfaces de plusieurs matériaux 2D présentent des propriétés différentes des cristaux individuels seuls, " a déclaré Ideue. "Nous avons découvert que deux matériaux spécifiques qui ne présentent habituellement aucun effet photovoltaïque le font lorsqu'ils sont empilés d'une manière très particulière."

Les deux matériaux sont le séléniure de tungstène (WSe 2 ) et le phosphore noir (BP), qui ont tous deux des structures cristallines différentes. Initialement, les deux matériaux sont non polaires (n'ont pas de direction de conduction préférée) et ne génèrent pas de photocourant sous la lumière. Cependant, Ideue et son équipe ont découvert qu'en empilant des feuilles de WSe 2 et BP ensemble de la bonne manière, l'échantillon présentait une polarisation, et quand une lumière a été jetée sur la matière, il a généré un courant. L'effet se produit même si la zone d'éclairage est éloignée des électrodes à chaque extrémité de l'échantillon; c'est différent de la façon dont fonctionne l'effet photovoltaïque ordinaire.

La clé de ce comportement est la façon dont le WSe 2 et BP sont alignés. La structure cristalline de BP a réfléchissant, ou miroir, symétrie dans un plan, alors que WSe 2 a trois axes de symétrie miroir. Lorsque les lignes de symétrie des matériaux s'alignent, l'échantillon gagne en polarité. Ce genre d'empilement de couches est un travail délicat, mais il révèle également aux chercheurs de nouvelles propriétés et fonctions qui ne pourraient pas être prédites simplement en regardant la forme ordinaire des matériaux.

"Le plus grand défi pour nous sera de trouver une bonne combinaison de matériaux 2D avec une efficacité de génération électrique plus élevée et également d'étudier l'effet de la modification des angles des piles, " a déclaré Ideue. " Mais c'est tellement gratifiant de découvrir des propriétés émergentes inédites des matériaux. Avec un peu de chance, un jour, cette recherche pourrait améliorer les panneaux solaires. Nous aimerions explorer des propriétés et des fonctionnalités sans précédent dans les nanomatériaux. »

L'étude est publiée dans Science .