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Fosforeno - Vêm aí as células solares de fósforo negro

Fosforeno - Células solares de
Como o canal de condução do transístor fica exposto, ele funciona também como uma célula solar de alta eficiência. [Imagem: Michele Buscema et al. - 10.1021/nl5008085]

Apresentado no início deste ano como o grande rival do grafeno, o fosforeno começa a mostrar outros talentos.

Além de ter nascido para ser um transístor, o material também mostrou-se ideal para a construção de fotodetectores capazes de operar em uma grande gama de comprimentos de onda, do visível ao infravermelho.

O fosforeno é um material bidimensional - uma camada monoatômica - que é um alótropo do fósforo - alótropos são substâncias simples do mesmo elemento.

Também conhecido como "fósforo negro", o material é conhecido desde os anos 1960, mas só com as ferramentas da nanotecnologia os pesquisadores puderam começar a isolar suas camadas individuais.

Transístor solar

Quando Michele Buscema e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, testaram a resposta dos seus transistores de fosforeno à luz, eles descobriram que ele é ainda melhor do que os promissores dicalcogenetos, metais de transição que também podem ser fabricados em camadas monoatômicas e que incluem estrelas emergentes como a molibdenita.

Quando expostos à luz visível e ao infravermelho próximo, as fotocélulas de fosforeno apresentaram uma resposta que chegou a 4,8 mA/W. Isto é bem mais do que se pode obter com dicalcogenetos famosos, como o dissulfeto de molibdênio (MoS2) e o dissulfeto de tungstênio (WS2).

Mais importante, o material também é "ambipolar", o que significa que ele transporta tanto elétrons (cargas negativas) quanto lacunas (cargas positivas), possibilitando seu uso na construção de junções p-n - mais conhecidas como transistores.

Finalmente, a mobilidade das cargas positivas no fosforeno chegou a quase 300 cm2/Vs, o que é cerca de cinco vezes superior à apresentada pela molibdenita - para comparação, a mobilidade das lacunas no silício fica em 100 cm2/Vs.

Segundo a equipe, seus componentes de fosforeno podem funcionar tanto como transistores quanto como células solares e sensores ópticos, já que têm o canal de condução exposto, o que permite que a luz chegue ao canal.

Segundo Buscema, além das células solares, os transistores de fosforeno são naturalmente adequados para sistemas de visão noturna, dada a sua alta sensibilidade à radiação infravermelha.

Bibliografia:

Fast and Broadband Photoresponse of Few-Layer Black Phosphorus Field-Effect Transistors
Michele Buscema, Dirk J. Groenendijk, Sofya I. Blanter, Gary A. Steele, Herre S. J. van der Zant, Andres Castellanos-Gomez
Nano Letters
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/nl5008085




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