Az elmúlt években kifejlesztett anyagok már bizonyították, hogy a nagy energiájú fotonokból egynél több elektron generálására és összegyűjtésére képesek, ami 100 százalék feletti EQE-t jelent. A kutatók ezen az elméleti irányon haladva finomították az anyagok hatékonyságát. Ezúttal a réteges kétdimenziós anyagok közötti atomi réseket használták ki az új anyag kifejlesztéséhez. A germánium-szelenidből és ón-szulfidból álló kétdimenziós anyag rétegei közé nullaértékű rézatomokat illesztettek, ezáltal növelve a cella hatékonyságát. 

Az óriási hatékonyságjavulás egy egyedülálló tulajdonságnak, az úgynevezett "köztes sávállapotoknak" köszönhető. A köztes sávállapotok az anyag elektronszerkezetén belüli speciális energiaszinteket jelentik, amelyek ideálisak a fény energiává alakításához. Az új anyagban a köztes sávállapotok lehetővé teszik a hagyományos napelemek által elvesztett fotonenergia visszanyerését. Mivel ezen állapotok energiaszintjei az optimális sávhézagokon belül vannak, rendkívül hatékonyan képes visszanyerni az elvesztegetett energiát. Az anyag az energiatartományokon belül, körülbelül 0,78 és 1,26 elektronvolt között nyeli el a napfényt és töltéshordozókat termel. Ezenkívül az anyag különösen jól teljesít az elektromágneses spektrum infravörös és látható tartományaiban való nagyfokú abszorpcióval.

A rendszer kiterjedt számítógépes modellezése után elkészítették a prototípust. A kutatást részben az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának támogatásával finanszírozták.

Forrás: Interesting Engineering

A borítókép illusztráció, forrás: Adobe Stock