Jak grafen a 2D materiály mění výkon termoelektrických zařízení?

V posledních letech se termoelektrické (TE) materiály staly klíčovým zaměřením výzkumu pro aplikace v oblasti chlazení a energetické výroby. Grafen, vynikající svou elektrickou a tepelnou vodivostí, ukazuje slibný potenciál pro využití v termoelektrických zařízeních. I když jeho výjimečné vlastnosti zahrnují vysokou elektrickou vodivost, otázka efektivního řízení tepelné vodivosti je stále výzvou, zejména pro aplikace, které vyžadují rychlé odstranění tepla. Významné pokroky v oblasti nanostrukturování a defektového inženýrství však naznačují, že tyto problémy mohou být v budoucnu překonány.

Grafen vykazuje významný potenciál pro termoelektrické aplikace, především díky své vysoké elektrické vodivosti a schopnosti vést teplo. Avšak při aplikacích v termoelektrických zařízeních, kde je rychlé odstranění tepla klíčové pro zajištění dlouhodobé stability, může být vysoká tepelná vodivost grafenu problémem. Zajímavé je, že u grafenových vzorků s velikostí menší než 2 μm dochází k poklesu tepelné vodivosti až o 50 %, což ukazuje na význam vzorců a hranic vzorku na jeho vlastnosti.

Studie ukazují, že procesy, jako je zvýšení defektů v grafenu, mohou vést k výraznému zlepšení termoelektrického výkonu. Při přidání určitého množství defektů do struktury grafenu klesá tepelná vodivost více než elektrická vodivost, což zvyšuje hodnotu ZT (termoelektrický figure of merit). Tímto způsobem lze optimalizovat termoelektrické zařízení pro konkrétní aplikace, jako je chlazení hotspotů v nanoelektronických zařízeních. Taková zařízení musí rychle odvádět teplo, aby se zabránilo jejich tepelnému zničení.

Vědecké týmy vyvinuly různé hybridní grafenové materiály pro aplikace v termoelektrických generátorech, které již byly integrovány do zařízení s širokou škálou komerčně životaschopných aplikací. Jedním z příkladů je flexibilní grafenový termoelektrický generátor, který byl navržen jako nositelný zařízení, jako je náramek, a jeho výstupní napětí dosahuje až 57,33 mV při teplotním rozdílu 50 K. Tento generátor má potenciál pro použití v samostatně napájených nositelných mikroelektronických zařízeních, která využívají teplo z okolního prostředí k napájení malých zařízení.

Dalšími vysoce inovativními zařízeními jsou termoelektrické buňky, které využívají nanoporézní grafen. Takové buňky mají značný potenciál v oblasti energetického sběru, kde je kladeno důraz na efektivní převod tepelné energie na elektrickou energii. Využití grafenu v této oblasti ukazuje na obrovský potenciál pro vysoce efektivní termoelektrická zařízení, která mohou přinést revoluci v tom, jak zpracováváme a využíváme teplo.

Pokud jde o nové třídy materiálů, transition metal dichalcogenides (TMDCs) představují velmi slibnou oblast pro pokročilé termoelektrické aplikace. Tyto materiály vykazují jedinečné elektronické chování, jako je přechod mezi kovem a izolátorem, což je činí ideálními pro studium a vývoj nových termoelektrických vlastností. Díky svým atomárně čistým povrchům a možnosti manipulace s jejich elektronickými vlastnostmi mohou TMDC materiály výrazně přispět k vylepšení termoelektrického výkonu.

Pokročilý výzkum v oblasti 2D materiálů, jako je grafen a TMDCs, má potenciál zásadně změnit krajinu termoelektrických technologií. Tyto materiály umožňují vytvoření vysoce účinných zařízení, která mohou být použita nejen pro chlazení, ale i pro sběr energie a další aplikace v oblasti elektroniky. Tyto technologie jsou na cestě k tomu, aby se staly klíčovým prvkem v budoucnosti udržitelných energetických systémů, kde je kladen důraz na efektivní využívání tepelné energie a její přeměnu na užitečnou elektřinu.

Jak grafenové kvantové tečky zlepšují účinnost solárních článků, fotokatalýzu a elektrochemické úložiště energie?

V posledních letech se grafenové kvantové tečky (GQDs) staly předmětem intenzivního výzkumu díky svým unikátním optickým, elektrickým a katalytickým vlastnostem. Tyto nanomateriály, vyrobené buď z grafenu nebo grafenových oxidů, vykazují vynikající výkon v řadě aplikací, od solárních článků až po fotokatalýzu a elektrochemické úložiště energie.

Další významnou aplikací GQDs je jejich použití v protielektrodách v barevně senzibilizovaných solárních článcích (DSSCs). Malé GQDs, v kombinaci s děrovaným grafenem, vytvářejí porézní struktury, které umožňují efektivní elektrokatalytické reakce, například redukci jodidových elektrolytů. Pro zajištění optimální vodivosti je však nutné před použitím v protielektrodě GQDs podrobit tepelnému redukčnímu procesu, který posílí jejich elektrickou vodivost. Je důležité si uvědomit, že čisté GQDs mají téměř nulovou vodivost, což znamená, že samotné GQDs nejsou vhodné pro aplikace, které vyžadují vysokou elektrickou vodivost.

V oblasti fotokatalýzy vykazují GQDs vynikající schopnosti při degradaci organických kontaminantů a rozštěpení vody. Kombinace GQDs s TiO2 (oxid titaničitý), známým fotokatalyzátorem, zlepšuje účinnost rozkladu methylenové modři při osvětlení viditelným světlem (>420 nm). Tento systém vykazuje devětkrát vyšší fotokatalytickou aktivitu než samotný TiO2. GQDs zde nejen zlepšují absorpci světla v oblasti viditelného spektra, ale také pomáhají zlepšit separaci nábojů, což zvyšuje stabilitu a účinnost katalytických reakcí.

Další významnou aplikací je využití GQDs v elektrochemických energetických úložištích, zejména v superkapacitorech. Superkapacitory jsou zařízení, která ukládají energii prostřednictvím dvojvrstvy náboje nebo redoxních reakcí, a jsou známá svou rychlou kapacitou nabíjení a vybíjení. GQDs mají vysokou aktivitu na okrajích, což zajišťuje lepší uchovávání náboje a zvyšuje účinnost elektrochemických reakcí. Malé GQDs v kombinaci s materiály, jako jsou grafen, aktivní uhlí nebo CNT (uhlovodíkové nanotrubice), významně zlepšují vodivost a celkový výkon superkapacitorů. Důležité je také, že GQDs mohou být použity v pevných elektrolytech, což zvyšuje jejich iontovou vodivost a schopnost přenášet náboj, čímž dále zlepšují dynamiku elektrochemických reakcí.

Zajímavý vývoj probíhá i ve zlepšení fotovoltaických vlastností GQDs, zejména v kombinaci s křemíkovými solárními články. GQDs jsou schopny konvertovat UV světlo na viditelné spektrum, což je zvláště užitečné, protože křemíkové články nejsou efektivní při využívání UV světla kvůli své široké zakázané meze. GQD vrstva na křemíkových článcích zlepšuje jejich výkon, protože UV světlo je přeměněno na viditelné světlo, které solární články dokážou lépe absorbovat.

Vzhledem k těmto pokrokům je důležité mít na paměti, že účinnost GQDs v těchto aplikacích je vysoce závislá na jejich kvantovém výtěžku (PLQY), který musí být co nejvyšší, aby byla zajištěna vysoká účinnost. Také je nutné kontrolovat velikost GQDs, protože velikost určuje jejich morfologii a účinnost v konkrétních aplikacích. Příliš velké nebo příliš malé tečky mohou vést k nižší účinnosti, což ukazuje na důležitost precizního řízení syntézy těchto materiálů.

Endtext

Jak geometrie a interfacialní vlastnosti 2D polovodičů ovlivňují jejich aplikace v elektronice a fotonice?

Když mluvíme o 2D polovodičích, je důležité chápat, jaké interfacialní jevy vznikají na rozhraní těchto materiálů s jinými substráty nebo kovovými elektrodami. Význam těchto rozhraní se ukazuje ve specifických aplikacích, jako jsou tranzistory s řízeným efektem pole (FETs), fotodetektory, senzory a kvantové zařízení. Zejména interfacialní jevy, jako je Schottkyho bariéra, pinning Fermiho úrovně (FLP) a kvantové konfinační efekty, mohou zásadně ovlivnit výkon těchto zařízení.

Například, když jsou 2D polovodiče použity v tranzistorech, samotné rozhraní mezi 2D materiálem a kovovými elektrodami může výrazně ovlivnit výkon zařízení. Studie provedené například Li et al. ukázaly, že kontakty mezi jedno- a dvouvrstvými MoS2 a různými kovy, jako je Ag, Pt a Ni, vedou k různým hodnotám Schottkyho bariéry. To znamená, že správná volba kovového kontaktu je zásadní pro dosažení požadovaných elektrických vlastností. Výsledkem je lepší ovládání přenosu náboje a snížení ztrát energie při přepínání tranzistoru.

Dalším důležitým faktorem je geometrii 2D vrstvy samotného materiálu. Jednovrstvé a vícevrostvé struktury mají odlišné vlastnosti, které ovlivňují elektronické a optické chování. Například jednovrstvé TMDC materiály vykazují výrazně vyšší mobilitu nosičů náboje než jejich dvouvrstvé protějšky, což má vliv na rychlost a efektivitu elektronických zařízení. Vědecké práce ukazují, že pro dosažení lepšího výkonu v aplikacích je třeba optimalizovat nejen materiálové vlastnosti, ale také správně volit geometrie vrstev a jejich vzájemné uspořádání.

Dalším rozměrem, který je třeba zvážit, je dopad těchto rozhraní na fotonické aplikace. 2D polovodiče, zejména kvantové tečky vytvořené na jejich základě, mohou být použity v optoelektronických zařízeních, jako jsou fotodetektory a fotovoltaické články. Kvantové konfinační efekty, které vznikají na atomární úrovni, umožňují precizní ladění optických vlastností těchto materiálů, což vede k jejich lepší absorpci světla a zvyšování účinnosti fotodetektorů a fotovoltaických článků.

V oblasti senzoringu je rovněž zřejmý rostoucí význam 2D polovodičů, které díky své atomární tloušťce a velkému povrchu nabízejí vynikající citlivost na změny v prostředí. Tato citlivost je přímo závislá na rozhraní mezi 2D materiály a prostředím, v němž působí, což může mít vliv na jejich výkon při detekci různých chemických a biologických látek.

Pro dosažení plného potenciálu 2D polovodičů v těchto aplikacích je nezbytné pečlivě řídit interfacialní vlastnosti a geometrie materiálů. Mnohé výzvy stále zůstávají, přičemž jednou z nich je efektivní kontrola rozhraní mezi 2D polovodiči a kovovými elektrodami nebo jinými materiály, které mohou ovlivnit výkonnost celého zařízení. To je zvláště důležité v případě aplikací, které vyžadují vysokou spolehlivost a dlouhou životnost, jako jsou senzory a fotonické komponenty.

Jak vertikální a horizontální vrstvení 2D materiálů ovlivňuje jejich elektronické vlastnosti?

Vertikální elektrické pole aplikované na grafenovou dvouvrstvu může otevřít zakázaný pás, což přináší výhodu v možnosti jeho regulace. Tato metoda, kterou je možné upravit na základě specifických požadavků aplikace, se zaměřuje na změnu elektronických vlastností materiálu. Funkcionalizace grafenu spočívá v modifikaci jeho povrchu pomocí funkčních skupin nebo molekul, což ovlivňuje jeho elektronické vlastnosti a může vést k otevření zakázaného pásu. Tento proces může být prováděn prostřednictvím chemických reakcí nebo adsorpce na povrchu grafenu. Dále byly prozkoumány možnosti využití jiných 2D materiálů, které vykazují přítomnost zakázaného pásu, jako je hexagonální boron nitrid (hBN) a přechodové metalické dichalkogenidy (TMDCs).

AA a AB vrstvení jsou dvě odlišné způsoby uspořádání atomových vrstev v 2D materiálech, jako je grafen a podobné materiály. AA vrstvení zahrnuje zarovnání vrstev tak, že každý atom v jedné vrstvě přímo překrývá atom v sousední vrstvě. Tento způsob uspořádání vytváří opakující se vzor, známý jako Bernalovo vrstvení. Nejznámějším příkladem AA vrstvení je grafen, kde každý atom uhlíku leží přímo nad nebo pod jiným atomem v sousední vrstvě. Na druhé straně AB vrstvení zahrnuje mírné posunutí mezi vrstvami, přičemž atomy v jedné vrstvě jsou umístěny přímo nad prázdnými místy nebo středy hexagonů sousední vrstvy. AB vrstvení je zodpovědné za vytváření unikátních vzorců, které jsou známé jako moiré vzory, jež mohou mít významný vliv na elektronické vlastnosti materiálu. Příklad AB vrstvení lze pozorovat u hBN, materiálu, který se často používá k enkapsulaci jiných 2D materiálů kvůli své izolační povaze a slabé interakci s ostatními vrstvami.

Volba mezi AA a AB vrstvením je zásadní pro chování a funkce 2D materiálů. Například AB vrstvení v dvouvrstvém grafenu (BLG) vede k regulovatelným zakázaným pásům, což umožňuje manipulaci s jeho elektronickými vlastnostmi pro různé aplikace. Dále interakce mezi těmito vrstvenými vrstvami a úhel, pod jakým jsou zarovnány, označovaný jako "úhel zvratu", může vyvolat fascinující efekty, jako jsou moiré vzory. V následujícím textu se podrobněji zaměříme na účinky vrstvení na grafen.

AA-stacked BLG je nejjednodušší formou BLG, kdy vzdálenost vrstev činí přibližně 3,6 Å. U AB-stacked BLG jsou vrstvy pokryty jiným způsobem než u AA-stacked BLG. Pouze polovina atomů na horní vrstvě je umístěna přímo nad atomy ve spodní vrstvě, zatímco druhá polovina je umístěna nad středy hexagonů v mřížce atomů. AB-stacked BLG má vzdálenost vrstev 3,4 Å, což se blíží struktuře grafitu. Tento způsob vrstvení vykazuje vynikající termodynamickou stabilitu ve srovnání s AA-stacked BLG. V twisted BLG má jedna vrstva určitý úhel vzhledem k druhé vrstvě, což zásadně ovlivňuje specifické vlastnosti materiálu.

AB-stacked BLG je snáze připravitelné díky vyšší termodynamické stabilitě, ale AA-stacked BLG a twisted BLG vykazují specifické vlastnosti. Ohta a jeho tým objevili, že BLG má nastavitelný zakázaný pás pomocí dopování draslíkem, přičemž zjistili, že zakázaný pás BLG lze regulovat kontrolováním hustoty nosičů. Další výzkumný tým poznamenal, že je možné přímo upravit zakázaný pás v BLG bez potřeby dopování. Jejich experimenty ukázaly na možnost manipulace se zakázaným pásem až o 250 mV. Tento jev je způsoben porušením symetrie mezi vrstvami grafenu, což bylo interpretováno jako efekt elektrického pole.

Morozov a jeho kolegové prozkoumali vliv mikroskopické drsnosti povrchu grafenových membrán. Zjistili, že mikroskopická křivost SLG je nejsilnější, silnější než u BLG. Na druhé straně má twisted BLG díky úhlu mezi vrstvami rozdílné vlastnosti. Některé studie považují twisted BLG za vdW heterostrukturu, což jsou vertikálně vrstvené binární stavební jednotky, které umožňují širší inženýrskou manipulaci díky bohaté funkčnosti 2D materiálů. Cao a Mele objevili, že twisted BLG vytváří dva zcela nové elektronické stavy.

Jaké jsou perspektivy 2D polovodičů pro novou generaci termoelektrických materiálů?

V posledních letech získaly 2D materiály značnou pozornost díky jejich výjimečným vlastnostem, které mohou přinést revoluci v různých technologických oblastech, včetně termoelementů a termoelektrických aplikací. Termoelektrické materiály, které převádějí teplo na elektrickou energii, mají zásadní význam pro moderní technologie, jako jsou energetická účinnost a obnovitelné zdroje energie. Zatímco tradiční materiály pro termoelektrické aplikace vykazují určitá omezení, 2D materiály nabízejí novou cestu k vyšší účinnosti a flexibilitě.

Jedním z nejznámějších a nejvíce studovaných 2D materiálů je grafen. Grafen je dvourozměrná forma uhlíku, která se vyznačuje vynikajícími elektrickými, mechanickými a optickými vlastnostmi. V termoelektrických aplikacích má potenciál nabídnout vynikající elektrickou vodivost, což je klíčové pro efektivní přeměnu tepla na elektrickou energii. Nicméně, jeho schopnost řídit teplotní tok, což je nezbytné pro termoelementy, je omezená kvůli jeho nízké termoelektrické účinnosti.

Dalším důležitým materiálem pro termoelektrické aplikace jsou přechodové metalické dicalchogenidy (TMD). Tyto materiály, jako je MoS₂ nebo WS₂, vykazují slibné termoelektrické vlastnosti díky své struktuře, která umožňuje silné interakce mezi elektrony a fonony (kvanty tepelné energie). TMD materiály mají potenciál poskytovat lepší zajištění transportu elektronů a fononů, což vede k vyšší termoelektrické účinnosti.

MXeny, materiály vyvinuté z metalických karbidů a nitridů, představují další novou generaci materiálů s výrazným potenciálem pro termoelektrické aplikace. Díky své vysoké elektrické vodivosti a flexibilitě jsou MXeny velmi atraktivní pro širokou škálu technologických využití, včetně v oblasti energie. Studie ukazují, že MXeny mohou vykazovat nejen vynikající elektrickou vodivost, ale také kontrolu nad teplotními gradienty, což činí tento materiál velmi vhodným pro využití v termoelektrických zařízeních.

Méně známé, ale stále zajímavé 2D materiály zahrnují silicen, fosforen a další uhlíkové deriváty. Silicen, například, vykazuje vlastnosti podobné grafenu, ale s výrazně odlišnou elektronickou strukturou, což mu umožňuje výjimečné termoelektrické vlastnosti při použití v mikroelektronických aplikacích. Fosforen, 2D materiál založený na fosforu, se ukázal být schopný poskytovat vysoce efektivní transport elektrických nábojů, což z něj činí vhodného kandidáta pro termoelektrické aplikace.

Navzdory těmto slibným výsledkům mají 2D materiály pro termoelektrické aplikace i své výzvy. Jedním z hlavních problémů je optimalizace jejich termoelektrických vlastností při zachování stability a dlouhé životnosti materiálů. V některých případech mohou také tyto materiály vykazovat problémy při přechodu z laboratorních podmínek do komerčně dostupných aplikací. Je nezbytné zaměřit se na vývoj nových metod pro syntézu a zpracování těchto materiálů, aby bylo možné zlepšit jejich výkon v praktických aplikacích.

Pro dosažení optimálních vlastností je třeba věnovat pozornost kombinaci různých materiálů a jejich strukturálním modifikacím. Hybridní materiály, které kombinují 2D materiály s jinými vrstevnatými nebo nanostrukturovanými materiály, mohou nabídnout vylepšení v oblasti termoelektrických aplikací. Tyto materiály mohou zahrnovat nejen grafen a TMD, ale i nanomateriály na bázi kovů nebo polymerů, což umožňuje synergický efekt pro zvýšení výkonu.

Význam 2D materiálů pro termoelektrické aplikace tedy spočívá nejen v jejich vynikajících elektrofyzikálních vlastnostech, ale také v jejich schopnosti umožnit vývoj nových, vysoce účinných energetických technologií. Ačkoliv stále existují výzvy, které je třeba překonat, potenciál těchto materiálů je nepochybně obrovský a jejich aplikace mohou přinést novou éru v oblasti energetické účinnosti a udržitelnosti.

Jak využít dvourozměrné polovodičové materiály pro detekci plynů a optimalizaci senzorů

Základními faktory, které ovlivňují efektivitu těchto senzorů, jsou struktura a distribuce náboje v materiálu. Tyto vlastnosti zásadně ovlivňují elektrické vlastnosti senzorů a jejich schopnost detekovat různé plyny. Díky pokročilým technikám charakterizace a teoretickým výpočtům je možné získat hlubší pochopení mechanismů fungování těchto senzorů. Například Cho et al. využili in situ fotoluminiscenční charakterizaci k potvrzení mechanismu přenosu náboje mezi molekulami cílového plynu (NO2 a NH3) a MoS2. V současnosti se čím dál více používají pokročilé techniky, jako je operando UV–Vis spektroskopie, XANES, a in situ XPS při ambientním tlaku, pro zkoumání mechanizmů senzorů plynů.

Dalším důležitým směrem, který se rychle vyvíjí, je využití strojového učení. Algoritmy strojového učení mají schopnost samostatně získávat informace o složitých vztazích mezi reakcemi senzorů a charakteristikami plynů. Díky analýze vzorců reakcí senzorů dokážou tyto algoritmy přesně identifikovat a klasifikovat různé plyny, i v přítomnosti interferencí nebo překrývajících se profilů reakcí.

Optimalizace senzorů využívajících 2D polovodičových materiálů zahrnuje systematický přístup k vylepšení jejich struktury a parametrů pro různé aplikace v detekci plynů. Cílem je maximalizovat efektivitu senzorů v různých oblastech, jako je energetika, doprava a bezpečnost. Technologické pokroky neustále rozšiřují možnosti využití senzorů pro detekci plynů v různých oblastech. To zahrnuje i možnosti, jak efektivně využít 2D polovodičové senzory v praktických aplikacích.

Senzory založené na dvourozměrných polovodičových materiálech mají potenciál zlepšit nejen detekci plynů, ale také přinést inovace v oblasti elektrochemických, fotoelektrochemických a chemoresistivních senzorů. Vzhledem k jejich unikátním vlastnostem mohou 2D SCMs v budoucnu přinést vylepšení senzorů nejen v tradičních oblastech, ale i v nových aplikacích. Kromě toho, že se výzkum zaměřuje na zlepšení citlivosti a selektivity senzorů, vědci se také soustředí na výzvy spojené s dlouhodobou stabilitou 2D materiálů v senzorech a s problémy na rozhraní při jejich integraci s jinými substráty.

Pochopení chování plynů v přítomnosti těchto materiálů, stejně jako vliv jejich struktury a elektrických vlastností na senzorické odpovědi, je klíčové pro další zlepšení výkonnosti a efektivity těchto senzorů. Pokračující výzkum a vývoj v této oblasti mohou přinést nové možnosti pro aplikace, které dnes ještě nejsou plně realizovány.

Jak 2D nanomateriály zlepšují efektivitu solárních článků na bázi organických a perovskitových materiálů?

V posledních letech došlo k významnému pokroku v oblasti solárních článků na bázi organických a perovskitových materiálů, kdy účinnost přeměny sluneční energie na elektrickou přesáhla 18 % u organických solárních článků a 25 % u perovskitových solárních článků. Tento pokrok je podpořen nejen vysokou účinností konverze, ale i nízkými náklady na výrobu a možností jejich masové výroby metodou roll-to-roll, což činí tuto technologii ideální pro komerční využití. Kromě toho se vyznačují mechanickou flexibilitou, nízkou hmotností a poloprůhledností, což je činí ideálními pro širokou škálu aplikací.

Důležitým směrem pro další zlepšení těchto solárních článků je využívání dvourozměrných (2D) nanomateriálů. Tyto materiály jsou charakterizovány unikátními vlastnostmi, jako je tunabilní elektronická struktura, vysoká optická transparentnost a vysoká mobilita nosičů náboje. Díky těmto vlastnostem jsou 2D nanomateriály ideální pro použití v různých vrstvách solárních článků, jako jsou elektrody, vrstvy pro transport elektronů (ETL), vrstvy pro transport děr (HTL) a přísady v aktivních vrstvách, což výrazně zlepšuje účinnost solárních článků.

MoS2 je jedním z nejběžněji používaných 2D nanomateriálů v oblasti solární energetiky. Tento materiál se často používá jako HTL ve struktuře organických perovskitových solárních článků. Například v experimentu, který provedl Jiang a kolegové, byla použita květinová 2H semikonduktorská fáze MoS2 jako HTL ve vrstvě Spiro-OMeTAD. Výsledkem bylo značné snížení intenzity fotoluminiscenčního (PL) signálu u vzorku s MoS2, což ukazuje na zlepšení extrakce děr a zlepšení funkčnosti HTL v solárních článcích. Tento přínos vedl k výraznému zvýšení stability článků, které si udržely až 85 % původní účinnosti fotokonverze po 300 hodinách expozice vzduchu.

Další studie ukázaly, že MoS2 a MoSe2 mohou fungovat nejen jako HTL, ale i jako ochranné vrstvy, které výrazně zlepšují stabilitu a účinnost organických perovskitových solárních článků. Například Liang a kolegové použili MoS2 a MoSe2 jako mezivrstvu mezi HTL a perovskitovou vrstvou, čímž zvýšili účinnost fotokonverze až na 14,9 % a zároveň prodloužili životnost článků. Po hodině expozice si solární článek s MoS2 udržel 93 % původní účinnosti, zatímco referenční článek pouze 78 %. Tento efekt byl způsoben zlepšením mobility děr a snížením rekombinace elektronů a děr.

Využití heterojunkcí, jako jsou typy I, II, Z-schéma nebo Schottkyho junc- tion, rovněž přispívá k efektivnějšímu oddělení nábojů a výrazně snižuje rekombinaci elektron-díra, což zvyšuje účinnost solárního článku. Příkladem je použití TiO2 jako efektivní vrstvy pro transport elektronů (ETL) v kombinaci s g-C3N4. V experimentu, který provedl Xie a kolegové, bylo zjištěno, že solární článek s použitím TiO2/g-C3N4 jako ETL dosáhl účinnosti 20,46 %, což představuje zlepšení o 20 % oproti referenčnímu článku.

Využití 2D nanomateriálů v oblasti solárních článků tedy představuje velmi perspektivní směr pro vývoj solární energetiky. Tento výzkum ukazuje, jak 2D materiály jako MoS2 a MoSe2 mohou významně přispět k zlepšení účinnosti, stability a životnosti solárních článků, což by mělo potenciál výrazně posunout možnosti jejich komerčního nasazení. Kromě toho, vývoj těchto materiálů pro různé vrstvy solárních článků by mohl otevřít nové možnosti pro výrobu levných, flexibilních a efektivních fotovoltaických systémů.