Materiales de baja dimensión para aplicaciones fotovoltaicas

Abstract

Los dicalcogenuros de metales de transición (TMDCs) bidimensionales (2D) presentan propiedades electrónicas y ópticas excepcionales, derivadas del confinamiento cuántico y su baja dimensión, que los convierten en materiales prometedores para electrónica flexible y energía fotovoltaica de nueva generación. Entre sus ventajas destacan su gap ajustable, alta transparencia, flexibilidad mecánica y la aparición de efectos no presentes en materiales masivos. Este trabajo revisa las propiedades clave de los TMDCs 2D, con particular énfasis en sus variantes pentagonales, cuya estructura sin simetría de inversión permite la manifestación del efecto fotovoltaico de volumen (BPVE). Se analiza el efecto fotovoltaico y las estructuras de unión de los TMDCs, y se investiga el BPVE por su potencial para generar corriente sin uniones p-n y superar el límite de eficiencia de Shockley–Queisser. Se estudian experimentalmente el disulfuro de molibdeno (MoS2) y el diseleniuro de paladio (PdSe2): se observa el efecto de la reducción del número de capas en la energía de las transiciones excitónicas del MoS2, así como propiedades como ambipolaridad y una posible respuesta fotobolométrica en el PdSe2. El análisis de estas propiedades en TMDCs y estructuras pentagonales respalda su aplicabilidad en tecnologías de generación de energía tanto mediante efecto fotovoltaico convencional como a través del BPVE.

Two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDCs) exhibit exceptional electronic and optical properties, resulting from quantum confinement and their reduced dimensionality. These characteristics make them promising materials for flexible electronics and next-generation photovoltaic technologies. Their key advantages include a tunable band gap, high transparency, mechanical flexibility, and the emergence of phenomena not present in bulk materials. This work reviews the fundamental properties of 2D TMDCs, with particular emphasis on their pentagonal phases, whose non-centrosymmetric structure enables the manifestation of the bulk photovoltaic effect (BPVE). The photovoltaic effect and junction architectures in TMDCs are analyzed, and the BPVE is explored for its potential to generate photocurrent without p–n junctions and to exceed the Shockley–Queisser efficiency limit. Experimentally, molybdenum disulfide (MoS2) and palladium diselenide (PdSe2) are studied: we observe how reducing the number of layers affects the energy of the excitonic transitions in MoS2, as well as properties such as ambipolarity and a possible photobolometric response in PdSe2. The analysis of these properties in TMDCs and their pentagonal structures supports their applicability in energy-harvesting technologies, both via conventional photovoltaic mechanisms and through the BPVE.