Se predice que los aisladores Anderson unidimensionales albergarán un efecto fotovoltaico masivo

Los materiales en los que se encuentran fuertemente los electrones son prometedores para su uso en células solares y dispositivos optoelectrónicos de próxima generación, demostraron el físico teórico RIKEN y su colega.

Los dispositivos fotovoltaicos convencionales, como las células solares y los detectores de luz, utilizan un fenómeno conocido como efecto fotovoltaico para convertir la luz en electricidad. Un elemento importante de tales dispositivos es la interfaz entre el material con exceso de electrones y el material con su deficiencia (unión p – n). Sin embargo, los dispositivos basados ​​en una única unión p – n tienen varias limitaciones: por ejemplo, su eficiencia de conversión de luz está limitada a aproximadamente el 34%.

Otro efecto conocido como efecto fotovoltaico de masa: el fenómeno donde se genera la luz. corriente eléctrica en materiales que cumplen ciertas condiciones, atrae cada vez más la atención, ya que puede superar estas limitaciones, lo que lo hace atractivo para su uso en células solares de próxima generación y detectores de luz.

“He estado trabajando en corrientes geométricas en sólidos durante casi dos décadas, y el efecto fotovoltaico es el tema más candente en mi opinión”, dice Naoto Nagaosa del Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente.

Ahora Nagaosa y su colega han calculado que un efecto fotovoltaico masivo puede ocurrir en un sistema desordenado unidimensional (1D) conocido como aislante 1D de Anderson, siempre que haya suficiente acoplamiento entre electrones y vibraciones similares a partículas conocidas como fonones.

Los científicos utilizaron un modelo de potencial de perturbación de unión estrecha para estudiar la fotocorriente en una cadena 1D unida a conductores metálicos. Descubrieron que la fotocorriente fluye a través del sistema incluso en presencia de cantidades significativas de desorden, gracias a la escasa dispersión resultante de las interacciones electrón-fonón.

Según experimentos recientes en un semiconductor ferroeléctrico, la mayoría fotovoltaica Se ha descubierto que la corriente es casi independiente de la magnitud de la perturbación siempre que el potencial de perturbación sea menor que la banda prohibida. Sin embargo, existe una dependencia distintiva de la dispersión masiva que se manifiesta como dependencia de la temperatura corriente fotoeléctrica. EN temperatura ambienteLa fotocorriente puede alcanzar el valor que tendría en un sistema perfectamente ordenado, incluso si la cadena es muy larga.

“Tomados en conjunto, estos resultados sugieren que los aisladores Anderson pueden ser materiales prometedores de alto rendimiento células solares y fotodetectores ”, dice Nagaosa.

En los aisladores 3D de Anderson, la contribución de los estados localizados a la fotocorriente debería volverse dominante cuando se ilumina con luz de la frecuencia resonante con una banda prohibida. Gracias a esto, será posible probar la nueva teoría no solo en cadenas 1D, sino también en sistemas 3D.